RU2148280C1

RU2148280C1 - Hydraulic operating mechanism of high-voltage power switch

Info

Publication number: RU2148280C1
Application number: RU98117924A
Authority: RU
Inventors: Г.Ф. Мамарин
Original assignee: Комбинат "Электрохимприбор"
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2000-04-27

Abstract

FIELD: operating mechanisms for sulfur hexafluoride switches. SUBSTANCE: operating mechanism has hydraulic cylinder with piston and rod coupled with movable contact of switch, pump unit, hydraulic system with safety valve, overpressure and underpressure relays, and energy storage. The latter is, essentially, gas and water storage cell with spherical housing and spherical flexible diaphragm for isolating the media. Initial gas pressure within storage cell during its charging is assumed to equal minimal working pressure in hydraulic system at maximal operating temperature; housing volume is chosen so as to automatically compensate for gas pressure drop in case of decrease in this temperature. Gas cavity of storage-cell housing accommodates fluid level warning device. EFFECT: simplified design and improved reliability at abrupt temperature fluctuations in service. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к высоковольтному аппаратостроению, а именно к гидравлическим приводам высоковольтных выключателей, преимущественно к приводам элегазовых выключателей с дугогасительным устройством автокомпрессионного типа. The invention relates to high-voltage apparatus engineering, namely to hydraulic drives of high-voltage circuit breakers, mainly to gas-insulated circuit breaker drives with an autocompression type extinguishing device.

Известны гидравлические приводы высоковольтных выключателей, в которых в качестве источника давления используются пневмогидроаккумуляторы, (см. Александров Г. Н. Проектирование электрических аппаратов. Л: Энергоиздат, 1985, с. 259). Такой привод содержит рабочий силовой цилиндр, поршень которого посредством штока соединен с подвижными контактами дугогасительных устройств; пневмогидроаккумулятор, представляющий собой толстостенный цилиндр, разделенный поршнем на пневматическую полость, заполненную рабочей жидкостью (маслом), которая постоянно гидравлически сообщается с надпоршневой полостью рабочего цилиндра; клапан управления с пусковыми электромагнитами, с помощью которого подпоршневая полость рабочего цилиндра сообщается либо с гидравлической полостью аккумулятора, либо со сливной емкостью; насосный агрегат для перекачки отработанной рабочей жидкости из сливной емкости в гидравлическую полость аккумулятора. Hydraulic drives of high-voltage circuit breakers are known in which pneumohydraulic accumulators are used as a pressure source (see Alexandrov G. N. Design of electrical apparatuses. L: Energoizdat, 1985, p. 259). Such a drive comprises a working power cylinder, the piston of which is connected via a rod to the movable contacts of the arcing devices; a pneumohydroaccumulator, which is a thick-walled cylinder, divided by a piston into a pneumatic cavity filled with a working fluid (oil), which is constantly hydraulically connected to the piston cavity of the working cylinder; a control valve with starting electromagnets, by means of which the piston cavity of the working cylinder communicates either with the hydraulic cavity of the accumulator or with a drain tank; pump unit for pumping spent working fluid from the drain tank into the hydraulic cavity of the battery.

Недостатком такого устройства является отсутствие надежной герметичности узлов уплотнения подвижного поршня пневмогидроаккумулятора. Кроме того, возможные перекосы уплотнения и разные значения коэффициента трения в покое и в движении создают нестабильность скоростных характеристик привода. The disadvantage of this device is the lack of reliable tightness of the seal assemblies of the movable piston of the pneumatic accumulator. In addition, possible distortions of the seal and different values of the coefficient of friction at rest and in motion create instability of the speed characteristics of the drive.

Известен привод, (германский патент DE 3611497 от 08.10.87, H 01 H 33/53), в котором в качестве энергоносителя используется пакет тарельчатых пружин, непосредственно контактирующий с подвижным поршнем гидроаккумулятора, либо передающий усилие на указанный поршень через тянущие шпильки. A known drive, (German patent DE 3611497 from 08.10.87, H 01 H 33/53), in which the energy source is a packet of Belleville springs, directly in contact with the movable piston of the hydraulic accumulator, or transmitting force to the specified piston through the pulling pins.

Недостатком этой конструкции является сложность изготовления мощных тарельчатых пружин большого диаметра, нестабильность динамических характеристик, обусловленная трением между пружинами и повышенной их жесткостью по сравнению с жесткостью газовых систем. The disadvantage of this design is the difficulty in manufacturing powerful disk-shaped springs of large diameter, the instability of the dynamic characteristics due to friction between the springs and their increased stiffness compared to the stiffness of gas systems.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является приводное устройство для силового высоковольтного выключателя с элегазовой изоляцией, (решение о выдаче патента РФ N 2108635 по заявке 96113383/09(019371), МПК H 01 H 33/53). Оно содержит рабочий цилиндр с поршнем и штоком и накопитель энергии, заключенные в корпус. Накопитель энергии выполнен в виде заполненного сжатым газом сильфона, герметично закрытого верхней и нижней крышками, причем верхняя крышка подвижна, устройство снабжено гидроаккумулятором, размещенным между основанием рабочего цилиндра и подвижной крышкой газового сильфона. Корпус приводного устройства образован центральной силовой крышкой, несущими стойками, одним концом разъемно закрепленными к ней, верхней крышкой с выходным отверстием для штока поршня, кожухом и корпусом накопителя энергии, причем другой конец несущих стоек разъемно закреплен к верхней крышке. Корпус накопителя энергии включает в себя нижнюю крышку газового сильфона и цилиндрический патрубок, охватывающий силовую и нижнюю крышки и разъемно соединенный с ними, а кожух выполнен из продольных цилиндрических сегментов, охватывающих силовую и верхнюю крышки и разъемно прикрепленных к несущим стойкам. На несущих стойках смонтировано вспомогательное оборудование. Внутри корпуса установлены нагревательные элементы, а внутренняя поверхность корпуса имеет теплоизолирующее покрытие. The closest technical solution to the claimed one is a drive device for a high-voltage circuit breaker with gas insulation, (decision to grant RF patent N 2108635 according to application 96113383/09 (019371), IPC H 01 H 33/53). It contains a working cylinder with a piston and a rod and an energy storage device enclosed in a housing. The energy storage device is made in the form of a bellows filled with compressed gas, hermetically closed by the upper and lower covers, the upper cover being movable, the device is equipped with a hydraulic accumulator located between the base of the working cylinder and the moving cover of the gas bellows. The housing of the drive device is formed by a central power cover, supporting struts, one end detachably fixed to it, an upper cover with an outlet for the piston rod, a casing and an energy storage case, the other end of the supporting struts being detachably fixed to the upper cover. The housing of the energy storage device includes a bottom cover of the gas bellows and a cylindrical pipe that covers the power and bottom covers and is detachably connected to them, and the casing is made of longitudinal cylindrical segments that cover the power and top covers and are detachably attached to the supporting racks. Mounting racks mounted auxiliary equipment. Heating elements are installed inside the housing, and the inner surface of the housing has a heat-insulating coating.

Недостатком приводного устройства является сложность и ненадежность конструкции накопителя энергии, обусловленная наличием большого количества подвижных относительно друг друга узлов и деталей, перекосами и заклиниванием. Кроме того, для эксплуатации в условиях резкого перепада температур внутри корпуса должны устанавливаться нагревательные элементы, внутренние поверхности должны иметь теплоизолирующие покрытия, а приводное устройство должно снабжаться системой терморегулирования. Это еще более усложняет конструкцию и снижает надежность работы изделия. The disadvantage of the drive device is the complexity and unreliability of the design of the energy storage device, due to the presence of a large number of nodes and parts that are movable relative to each other, distortions and jamming. In addition, for operation in conditions of a sharp temperature difference, heating elements must be installed inside the housing, internal surfaces must have heat-insulating coatings, and the drive unit must be equipped with a thermal control system. This further complicates the design and reduces the reliability of the product.

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности при резких перепадах температуры эксплуатации. The aim of the present invention is to simplify the design and increase reliability with sudden changes in operating temperature.

Это достигается тем, что в известном приводе, содержащем гидравлический цилиндр с поршнем и штоком, связанным с подвижным контактом выключателя, насосный агрегат, гидросистему с предохранительным клапаном, с реле максимального и реле минимального давления, и накопитель энергии, накопитель энергии выполнен в виде газогидравлического аккумулятора со сферическим корпусом и сферической эластичной диафрагмой для герметичного разделения сред, причем предварительное давление газа при зарядке аккумулятора принято равным минимальному рабочему давлению рабочей жидкости в гидросистеме при максимальной температуре эксплуатации, а объем корпуса выбран с возможностью автоматической компенсации падения давления газа при снижении этой температуры. В газовой полости корпуса аккумулятора установлено устройство сигнализации уровня рабочей жидкости, задатчик которого связан с полюсом диафрагмы, а формирователь выходных сигналов смонтирован на крышке корпуса и снабжен соединителем с герметичной вилкой. This is achieved by the fact that in the known drive containing a hydraulic cylinder with a piston and a rod connected to the movable contact of the switch, a pump unit, a hydraulic system with a safety valve, with a maximum pressure switch and a minimum pressure switch, and an energy storage device, the energy storage device is made in the form of a gas-hydraulic accumulator with a spherical body and a spherical elastic diaphragm for hermetic separation of media, and the preliminary gas pressure when charging the battery is taken equal to the minimum working the pressure of the working fluid in the hydraulic system at the maximum operating temperature, and the body volume is selected with the ability to automatically compensate for the drop in gas pressure when this temperature is lowered. A device for signaling the level of the working fluid is installed in the gas cavity of the battery housing, the setter of which is connected to the pole of the diaphragm, and the output driver is mounted on the housing cover and equipped with a connector with a sealed plug.

Предлагаемый накопитель энергии не имеет подвижных трущихся между собой деталей, поэтому не подвержен перекосам и заклиниванию. Газовая полость и полость рабочей жидкости разделены непроницаемой эластичной диафрагмой и выполнены герметичными, а диафрагма не испытывает растягивающих напряжений, поскольку уравновешена одинаковым давлением с обеих полостей. Это значительно повышает надежность работы привода. Кроме того, привод обеспечивает работу в широком диапазоне температур, например от -50 до +50^oC. Предварительное давление газа при зарядке аккумулятора принято равным минимальному рабочему давлению рабочей жидкости в гидросистеме при максимальной температуре эксплуатации. В этом случае требуемый полезный объем рабочей жидкости будет достигнут при максимальном рабочем давлении в гидросистеме. С понижением температуры эксплуатации, давление газа в газовой полости будет снижаться. На такую же величину упадет давление в полости рабочей жидкости. При достижении минимального рабочего давления в гидросистеме реле минимального давления включает насосный агрегат, и рабочее давление автоматически повышается до максимального, определяемого настройкой реле максимального давления. В случае повышения температуры эксплуатации, начнет повышаться давление в газовой полости и соответственно в полости рабочей жидкости, но наличие предохранительного клапана ограничит повышение этого давления величиной максимального рабочего давления. Этот эффект достигается благодаря тому, что объем корпуса выбран с возможностью автоматической компенсации падения давления газа при снижении температуры эксплуатации, что невозможно добиться в случае использования сильфонов из-за его ограниченного хода и большей жесткости по сравнению с жесткостью газовых систем.The proposed energy storage device does not have moving parts rubbing together, therefore, it is not subject to distortions and jamming. The gas cavity and the working fluid cavity are separated by an impermeable elastic diaphragm and are sealed, and the diaphragm does not experience tensile stresses, since it is balanced by the same pressure from both cavities. This greatly improves the reliability of the drive. In addition, the drive provides operation in a wide temperature range, for example, from -50 to +50 ^o C. The preliminary gas pressure when charging the battery is taken to be equal to the minimum working pressure of the working fluid in the hydraulic system at the maximum operating temperature. In this case, the required useful volume of the working fluid will be achieved at the maximum working pressure in the hydraulic system. With decreasing operating temperature, the gas pressure in the gas cavity will decrease. The pressure in the cavity of the working fluid will drop by the same amount. When the minimum working pressure in the hydraulic system is reached, the minimum pressure switch switches on the pump unit, and the working pressure automatically rises to the maximum pressure determined by the setting of the maximum pressure switch. If the operating temperature rises, the pressure in the gas cavity and, accordingly, in the cavity of the working fluid will increase, but the presence of a safety valve will limit the increase in this pressure to the maximum working pressure. This effect is achieved due to the fact that the body volume is selected with the ability to automatically compensate for the drop in gas pressure while lowering the operating temperature, which is impossible to achieve with bellows due to its limited travel and greater rigidity compared to the rigidity of gas systems.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема гидравлического привода; на фиг. 2 изображен общий вид газогидравлического аккумулятора. In FIG. 1 is a schematic diagram of a hydraulic drive; in FIG. 2 shows a general view of a gas-hydraulic accumulator.

Гидравлический привод содержит рабочий цилиндр 1 с подпоршневой 2 и надпоршневой 3 полостями, с поршнем 4 и штоком 5, связанным с подвижными контактами 6 выключателя, бак 7, насосный агрегат 8, блок управляющих клапанов 9, гидравлическую систему с реле минимального давления 10, реле максимального давления 11, с предохранительным клапаном 12 и накопителем энергии 13. Накопитель энергии выполнен в виде газогидравлического аккумулятора, состоящего из сферического корпуса 14, фланец 15 которого жестко связан с рабочим цилиндром. Внутри корпуса установлена сферическая эластичная диафрагма 16, разделяющая полость рабочей жидкости 17 от газовой полости 18. Диафрагма герметично зажата между корпусом и крышкой 19 с помощью гайки 20, выполнена из двух разнотолщинных частей, разделенных поясом жесткости 21, и снабжена полюсной шайбой 22. В газовой полости аккумулятора установлено устройство сигнализации уровня рабочей жидкости, задатчик 23 которого связан с полюсной шайбой, а формирователь 24 электрических сигналов смонтирован на крышке корпуса и снабжен соединителем 25 с герметичной вилкой. В крышке корпуса установлено устройство 26 для заправки аккумулятора газом. Шток во включенном положении дополнительно удерживается фиксатором 27. Диафрагма условно изображена в трех положениях: положение А соответствует газогидравлическому аккумулятору, заряженному газом, но при отсутствии давления в полости рабочей жидкости; положение Б соответствует газогидравлическому аккумулятору, заряженному газом при рабочем давлении рабочей жидкости в требуемом объеме при нормальной температуре эксплуатации; положение В - аналогично предыдущему положению, но при пониженной температуре эксплуатации. The hydraulic drive contains a working cylinder 1 with a sub-piston 2 and a supra-piston 3 cavities, with a piston 4 and a rod 5 connected to the movable contacts 6 of the switch, a tank 7, a pump unit 8, a control valve block 9, a hydraulic system with a minimum pressure switch 10, a maximum pressure switch pressure 11, with a safety valve 12 and an energy storage device 13. The energy storage device is made in the form of a gas-hydraulic accumulator consisting of a spherical body 14, the flange 15 of which is rigidly connected to the working cylinder. A spherical elastic diaphragm 16 is installed inside the housing, separating the working fluid cavity 17 from the gas cavity 18. The diaphragm is hermetically clamped between the housing and the cover 19 using a nut 20, made of two different thickness parts separated by a stiffening belt 21, and provided with a pole washer 22. In the gas a device for signaling the level of the working fluid is installed in the cavity of the battery, the setter 23 of which is connected to the pole washer, and the electric signal former 24 is mounted on the housing cover and equipped with a connector 25 with upmost fork. A device 26 for refueling the battery with gas is installed in the housing cover. The rod in the on position is additionally held by the latch 27. The diaphragm is conventionally shown in three positions: position A corresponds to a gas-hydraulic accumulator charged with gas, but in the absence of pressure in the working fluid cavity; position B corresponds to a gas-hydraulic accumulator charged with gas at a working fluid working pressure in the required volume at normal operating temperature; position B - similar to the previous position, but at a lower operating temperature.

Гидравлический привод работает следующим образом. Операция размыкания происходит при поступлении сигнала на соответствующий электромагнит блока управляющих клапанов 9, который обеспечивает сброс давления рабочей жидкости из-под поршневой полости 2 цилиндра 1 в бак 7. Поршень 4 со штоком 5 под действием разницы давлений движется вниз, размыкая контакт 6 выключателя. Увеличение объема надпоршневой полости 3 компенсируется расходом рабочей жидкости из полости 17 газогидравлического аккумулятора. При этом последняя уменьшается в объеме, а газовая полость 18 увеличивается, перемещая диафрагму 16 с полюсной шайбой 22 вверх. Перемещение полюсной шайбы через задатчик 23 воздействует на формирователь 24, сигнализируя о положении диафрагмы или об объеме рабочей жидкости в аккумуляторе. В отключенном состоянии поршень 4 со штоком 5 удерживается внизу за счет давления в надпоршневой полости 3. Для осуществления операции включения сигнал управления поступает на соответствующий электромагнит блока управляющих клапанов 9, который обеспечивает подвод рабочей жидкости под высоким давлением из полости 17 в подпоршневую полость 2 гидроцилиндра 1. При этом на поршень 4 с двух сторон действует высокое давление, но за счет разницы площадей поршень 4 со штоком 5 будет перемещаться вверх, замыкая контакты 6 выключателя. Во включенном положении шток 5 удерживается специальным фиксатором 27. При снижении температуры эксплуатации давление газа в полости 18 будет падать. На такую же величину упадет давление в полости рабочей жидкости 17. При достижении минимального рабочего давления в гидросистеме реле минимального давления 10 включает насосный агрегат 8, и рабочее давление автоматически повышается до максимального, определяемого настройкой реле максимального давления 11. В случае повышения температуры эксплуатации, начнет повышаться давление в газовой полости 18 и соответственно в полости рабочей жидкости 17, но наличие предохранительного клапана 12 в гидравлической системе ограничит повышение этого давления величиной настройки клапана на максимальное рабочее давление. Полезный объем корпуса аккумулятора и объем полости рабочей жидкости выбраны из условия возможности осуществления полного цикла аварийной защиты выключателя по ГОСТ 687. Корпус аккумулятора рассчитывается на максимальное рабочее давление 32 МПа. Работа гидравлического привода в северном, умеренном или тропическом климате определяется величиной давления газа предварительной зарядки аккумулятора. The hydraulic drive operates as follows. The opening operation occurs when a signal is received by the corresponding electromagnet of the control valve block 9, which provides a pressure relief of the working fluid from under the piston cavity 2 of the cylinder 1 to the tank 7. The piston 4 with the rod 5 moves downward under the action of the pressure difference, opening contact 6 of the switch. The increase in the volume of the over-piston cavity 3 is compensated by the flow of working fluid from the cavity 17 of the gas-hydraulic accumulator. In this case, the latter decreases in volume, and the gas cavity 18 increases, moving the diaphragm 16 with the pole washer 22 up. The movement of the pole washer through the setter 23 acts on the former 24, signaling the position of the diaphragm or the volume of the working fluid in the battery. In the off state, the piston 4 with the rod 5 is held at the bottom due to the pressure in the supra-piston cavity 3. To carry out the operation, the control signal is supplied to the corresponding electromagnet of the control valve block 9, which provides the supply of high-pressure fluid from the cavity 17 to the piston cavity 2 of the cylinder 1 At the same time, high pressure acts on the piston 4 from two sides, but due to the difference in area, the piston 4 with the rod 5 will move up, closing the contacts 6 of the switch. In the on position, the rod 5 is held by a special latch 27. When the operating temperature decreases, the gas pressure in the cavity 18 will fall. The pressure in the cavity of the working fluid 17 will drop by the same amount. When the minimum working pressure in the hydraulic system is reached, the minimum pressure switch 10 turns on the pump unit 8, and the working pressure automatically rises to the maximum determined by the setting of the maximum pressure switch 11. If the operating temperature rises, it starts the pressure in the gas cavity 18 and, accordingly, in the cavity of the working fluid 17 increase, but the presence of a safety valve 12 in the hydraulic system will limit the increase in this pressure value of the valve setting for maximum working pressure. The useful volume of the battery case and the volume of the working fluid cavity are selected from the condition of the possibility of a full emergency protection circuit breaker according to GOST 687. The battery case is designed for a maximum working pressure of 32 MPa. The operation of the hydraulic drive in a northern, temperate or tropical climate is determined by the pressure of the gas pre-charging the battery.

Заявляемый гидравлический привод изготовляется и испытывается на универсальном оборудовании. Основные узлы проверены на работоспособность. The inventive hydraulic actuator is manufactured and tested on universal equipment. The main nodes are checked for operability.

Таким образом, результаты практической реализации данного привода позволяют установить соответствие его условиям патентоспособности изобретения, а именно: новизне, изобретательскому уровню и промышленной применимости. Thus, the results of the practical implementation of this drive allow us to establish compliance with its conditions of patentability of the invention, namely: novelty, inventive step and industrial applicability.

Claims

1. The hydraulic actuator for the power high-voltage switch, comprising a hydraulic cylinder with a piston and a rod connected to the movable contact of the switch, a pump unit, a hydraulic system with a safety valve, with a maximum and minimum pressure switch, and an energy storage device, characterized in that the energy storage device is made in the form of a gas-hydraulic accumulator with a spherical body and a spherical elastic diaphragm for hermetic separation of media, and the preliminary gas pressure when charging acc stimulants taken equal to the minimum operating pressure of the hydraulic fluid in the hydraulic system at the maximum operating temperature, and the volume of the body is selected, with automatic compensation of the gas pressure drops at this temperature decrease.

2. The hydraulic drive according to claim 1, characterized in that in the gas cavity of the battery housing there is a device for signaling the level of the working fluid, the setter of which is connected to the pole of the diaphragm, and the output driver is mounted on the cover of the housing and equipped with a connector with a sealed plug.