RU2224318C1

RU2224318C1 - Vacuum switch

Info

Publication number: RU2224318C1
Application number: RU2002116197/09A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Иванов; А.А. Мокин; Н.Н. Рублева
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Альянс-Электро"
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2004-02-20
Also published as: RU2002116197A

Abstract

FIELD: high-voltage equipment. SUBSTANCE: vacuum switch has base carrying vacuum arc chutes with immobile and mobile contacts connected to corresponding insulation rods. Immobile rest is made fast to each rod, lower end of rod carries mobile rest coming in the form of sleeve, for instance, coaxial to rod. Spring of pressure unit is mounted uniaxially to rod between mobile and immobile rests. Each arc chute has own drive securing closure of contacts and including electromagnet with pusher. All arc chutes have common drive for disconnection of contacts including hollow shaft inside which torsion spring is installed. One end of spring is fixed in end part of shaft, its other end is made fast to base. Shaft is equipped with levers which are hinged to mobile rests. Closed position of contacts is registered by means of mechanical stopper of shaft that presents system of " breaking " levers and rocking rests. EFFECT: simplified design and enhanced operational reliability of vacuum switch. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтному аппаратостроению и касается конструкции высоковольтных выключателей с вакуумными дугогасительными камерами. The invention relates to electrical engineering, namely to high-voltage apparatus engineering and for the design of high-voltage circuit breakers with vacuum interrupter chambers.

Известен вакуумный выключатель типа ВВЭ-М-10-20 [Техническое описание и инструкция по эксплуатации ИНЛЯ 674152.009 ТО, с. 8]. Выключатель имеет три вакуумные дугогасительные камеры с подвижными и неподвижными контактами, а также приводное устройство и передаточный механизм в виде поворотного вала с закрепленными на нем поворотными рычагами. К рычагам присоединены изоляционные тяги, связанные через узлы поджатия с подвижными контактами. При включении выключателя приводное устройство воздействует на вал, который поворачивается и поворотными рычагами через изоляционные тяги и узлы поджатия контактов приводит в движение подвижные контакты. Основным недостатком упомянутого выключателя является то, что общий для полюсов вал, нагруженный удвоенной силой сжатия контактов, работает на изгиб и кручение, поэтому должен обладать высокой жесткостью и прочностью, а следовательно, быть достаточно массивным. Это приводит к увеличению времени срабатывания. Known vacuum circuit breaker type VVE-M-10-20 [Technical description and operating instructions INLA 674152.009 TO, p. 8]. The switch has three vacuum interrupter chambers with movable and fixed contacts, as well as a drive device and a transmission mechanism in the form of a rotary shaft with rotary levers mounted on it. Insulated rods connected to the levers are connected through preload nodes with movable contacts. When the switch is turned on, the drive device acts on the shaft, which is rotated and pivots through the insulating rods and contact clamping units, which moves the movable contacts. The main disadvantage of this switch is that the shaft common to the poles, loaded with double the compressive force of the contacts, works for bending and torsion, therefore it must have high rigidity and strength, and therefore be sufficiently massive. This leads to an increase in response time.

Известны более легкие рычажные конструкции выключателей. Так высоковольтный вакуумный выключатель [Патент РФ 2137240, МКИ Н 01 Н 33/36, опубл. 10.09.1999] , имеющий три дугогасительные камеры с неподвижными и подвижными контактами, диэлектрические тяги которых соединены с приводным устройством посредством кинематической цепи. Цепь представляет собой плоский шарнирно-рычажный параллелограммный механизм, состоящий из двухплечих поворотных рычагов, оси вращения которых соединены с корпусом через пружинные механизмы поджатия контактов. Первые плечи поворотных рычагов соединены между собой междуполюсными планками, а вторые - с диэлектрическими тягами. Размыкание контактов осуществляется посредством сжимаемых при включении пружин поджатия контактов и пружины отключения. Основным недостатком конструкции является ее невысокая надежность, как следствие рычажного приводного механизма, поскольку требуется высокая точность настройки и поддержания синхронизации работы камер. Lighter lever circuit breaker designs are known. So high-voltage vacuum circuit breaker [RF Patent 2137240, MKI N 01 N 33/36, publ. 09/10/1999], having three arcing chambers with fixed and movable contacts, the dielectric traction of which is connected to the drive device via a kinematic circuit. The chain is a flat articulated lever-parallelogram mechanism consisting of two-arm rotary levers, the axis of rotation of which are connected to the body through spring contact preload mechanisms. The first shoulders of the pivoting levers are interconnected by interpolar strips, and the second with dielectric rods. The opening of the contacts is carried out by means of the contact compression springs and the trip spring, which are compressible when turned on. The main disadvantage of the design is its low reliability, as a consequence of the lever drive mechanism, since high precision settings and maintaining synchronization of the cameras are required.

В качестве прототипа выбран Вакуумный выключатель модульный серии "TEL" [Патент РФ 2020631, МКИ Н 01 Н 33/66, опубл. 30.09.94]. Выключатель имеет основание, на котором установлены вакуумные дугогасительные камеры с подвижными и неподвижными контактами. Подвижный контакт имеет тяговый узел, включающий шток, головка которого закреплена в гайке, установленной на тяговом изоляторе. В полости изолятора имеется пружина поджатия. Каждая дугогасительная камера имеет собственный электромагнитный привод контактов. Обмотка привода работает на включение и выключение контактов. Устройство, обеспечивающее фиксацию замкнутого положения контактов, выполнено в виде магнитной защелки с постоянным магнитом. Все приводы соединены общим синхронизирующим валом с закрепленными на нем указателем положения и магнитом управления работой блок-контактов. As a prototype, a vacuum switch modular series "TEL" was chosen [RF Patent 2020631, MKI N 01 N 33/66, publ. 09/30/94]. The switch has a base on which vacuum interrupter chambers with movable and fixed contacts are installed. The movable contact has a traction assembly including a rod, the head of which is fixed in a nut mounted on the traction insulator. In the cavity of the insulator there is a preload spring. Each arcing chamber has its own electromagnetic contact drive. The winding of the drive works on and off the contacts. The device that provides the fixation of the closed position of the contacts is made in the form of a magnetic latch with a permanent magnet. All drives are connected by a common synchronizing shaft with a position indicator fixed to it and a magnet for controlling the operation of the block contacts.

Основным недостатком прототипа является его невысокая надежность. Это объясняется следующим. Во-первых, протекание в обмотке привода тока прямой и обратной полярности может привести к размагничиванию постоянного магнита защелки. Во-вторых, в процессе отключения выключателя сердечники (постоянные магниты) под действием пружины отключения перемещаются вниз с большой скоростью, и поскольку обладают большой массой - то при остановке наносят удар по дну корпуса электромагнита. Таким образом, существует опасность повреждения сердечника при отключении выключателя. The main disadvantage of the prototype is its low reliability. This is explained by the following. Firstly, the flow of forward and reverse polarity in the drive winding can lead to the demagnetization of the permanent latch magnet. Secondly, in the process of opening the circuit breaker, the cores (permanent magnets) under the action of the disconnecting spring move down at a high speed, and since they have a large mass, they strike at the bottom of the electromagnet case when stopped. Thus, there is a risk of core damage when the circuit breaker is tripped.

В основу изобретения поставлена задача упрощения конструкции и повышение надежности работы выключателя. The basis of the invention is the task of simplifying the design and improving the reliability of the circuit breaker.

Поставленная задача решается тем, что в вакуумном выключателе, содержащем общий вал и установленные на основании вакуумные дугогасительные камеры, каждая из которых имеет неподвижный контакт и подвижный контакт, соединенный с изоляционным штоком, каждая камера также снабжена приводом и узлом поджатия контактов с пружиной соосной штоку, при этом выключатель снабжен средством, обеспечивающим фиксацию замкнутого положения контактов, новым, согласно изобретению является то, что привод каждой вакуумной дугогасительной камеры, обеспечивающий замыкание контактов, имеет электромагнит с толкателем, воздействующим на шток посредством имеющегося на его нижнем конце подвижного упора, установленного с обеспечением возможности перемещения его вдоль штока и шарнирно соединенного с валом, пружина узла поджатия контактов установлена между подвижным упором и неподвижным упором, закрепленным на штоке, при этом выключатель дополнительно снабжен общим для всех дугогасительных камер приводом отключения контактов, содержащим упомянутый общий вал, в полости которого расположена пружина кручения, один конец которой жестко закреплен на основании, другой конец на валу. The problem is solved in that in a vacuum circuit breaker containing a common shaft and vacuum arcing chambers mounted on the base, each of which has a fixed contact and a movable contact connected to an insulating rod, each chamber is also equipped with a drive and a contact compression unit with a spring coaxial to the rod, while the switch is equipped with a means for fixing the closed position of the contacts, new, according to the invention is that the drive of each vacuum arcing chamber, provide contact closure, has an electromagnet with a pusher acting on the rod by means of a movable stop at its lower end, mounted to allow it to move along the rod and pivotally connected to the shaft, the spring of the contact clamping unit is installed between the movable stop and the fixed stop fixed on the rod moreover, the switch is additionally equipped with a common for all arcing chambers contact disconnecting drive containing said common shaft, in the cavity of which there is a spring torsion, one end of which is rigidly fixed to the base, the other end on the shaft.

Целесообразно средство, обеспечивающее фиксацию замкнутого положения контактов, выполнить в виде механического стопора вала в положении замкнутых контактов. При этом стопор включает систему "ломающихся" рычагов, связывающую основание с рычагом, жестко установленным на валу, и систему качающихся упоров, предназначенных для фиксации общей оси вращения системы "ломающихся" рычагов при замкнутом положении контактов. Стопор также снабжен устройством его отключения. Advantageously, the means for fixing the closed position of the contacts is made in the form of a mechanical shaft stop in the closed contact position. In this case, the stopper includes a system of "breaking" levers, connecting the base with a lever rigidly mounted on the shaft, and a system of swinging stops designed to fix the common axis of rotation of the system of "breaking" levers with the contacts closed. The stopper is also equipped with a trip device.

Также целесообразно подвижный упор выполнить в виде стакана, коаксиального штоку и установленного таким образом, что при разомкнутом положении контактов между дном стакана и нижним торцом штока имеется зазор. It is also advisable to make a movable stop in the form of a cup coaxial to the rod and installed in such a way that when the contacts are open, there is a gap between the bottom of the cup and the lower end of the stem.

Наилучший вариант достигается, когда пружина кручения выполнена в виде торсиона. The best option is achieved when the torsion spring is made in the form of a torsion bar.

Пример реализации заявляемого изобретения иллюстрируется чертежами, на которых представлено:
фиг.1 - фронтальный разрез выключателя,
фиг. 2 - разрез Б-Б, поясняющий работу стопора вала (положение - выключатель включен),
фиг.3 - то же (положение - выключатель выключен).An example implementation of the claimed invention is illustrated by drawings, which show:
figure 1 - frontal section of the switch,
FIG. 2 - section BB, explaining the operation of the shaft stopper (position - the switch is on),
figure 3 - the same (position - switch off).

Вакуумный выключатель имеет основание 1, на котором установлены вакуумные дугогасительные камеры 2. Внутри камер 2 имеются неподвижные и подвижные контакты. Каждый подвижный контакт соединен с соответствующим изоляционным штоком 3. На штоке 3 жестко закреплен неподвижный упор 4. На нижнем конце штока 3 установлен подвижный упор, выполненный, например, в форме стакана 5, коаксиального штоку 3, при этом между дном стакана 5 и нижним торцом штока 3 имеется зазор (в положении разомкнутых контактов). Пружина 6 узла поджатия установлена соосно штоку 3 между подвижным упором 5 и неподвижным упором 4. The vacuum circuit breaker has a base 1 on which vacuum interrupter chambers 2 are mounted. Inside the chambers 2 there are fixed and movable contacts. Each movable contact is connected to a corresponding insulating rod 3. A fixed stop 4 is rigidly fixed to the rod 3. A movable stop is mounted on the lower end of the rod 3, made, for example, in the form of a cup 5, coaxial to the rod 3, while between the bottom of the cup 5 and the lower end rod 3 there is a gap (in the position of open contacts). The spring 6 of the preload unit is installed coaxially to the rod 3 between the movable stop 5 and the fixed stop 4.

Каждая дугогасительная камера 2 имеет собственный привод, обеспечивающий замыкание контактов. Упомянутый привод содержит электромагнит 7 постоянного тока, снабженный толкателем 8. Each arcing chamber 2 has its own drive, providing contact closure. Said drive comprises a direct current electromagnet 7 provided with a pusher 8.

При этом все камеры имеют общий привод отключения контактов, содержащий вал 9 в форме трубы, в полости которой установлена пружина 10 кручения (упругий вал, работающий на кручение - торсион), один конец которой жестко закреплен на концевой части вала 9, второй жестко закреплен на основании, например при помощи специального узла 11. Вал 9 снабжен специальными элементами, например жестко с ним связанными рычагами (не показаны), которые шарнирно соединены с подвижными упорами 5. At the same time, all cameras have a common contact disconnect drive containing a shaft 9 in the form of a pipe, in the cavity of which a torsion spring 10 is installed (an elastic torsion-acting shaft is a torsion bar), one end of which is rigidly fixed to the end of the shaft 9, the second is rigidly fixed to the base, for example using a special unit 11. The shaft 9 is equipped with special elements, for example, rigidly connected levers (not shown), which are pivotally connected to the movable stops 5.

Фиксация замкнутого положения контактов осуществляется при помощи механического стопора вала. Стопор установлен в основании 1 и представляет собой систему так называемых "ломающихся" рычагов. Первый рычаг 12 стопора шарнирно закреплен на основании. Второй рычаг 13 системы шарнирно соединен с третьим рычагом 14, противоположный конец которого неподвижно закреплен на валу 9. Упомянутые первый и второй рычаги 12, 13 шарнирно соединены между собой посредством оси 15. Конструкция обеспечивает фиксацию положения оси 15, а следовательно, через рычаг 14, фиксацию положения вала, при замкнутом состоянии контактов. При этом оба рычага 12, 13 находятся в положении, близком к вертикальному. Фиксация оси 15 осуществляется при помощи качающихся упоров 16, 17, один из которых имеет выемку, взаимодействующую с осью 15, а на второй - воздействует электромагнит отключения 18. Fixing the closed position of the contacts is carried out using a mechanical shaft stopper. The stop is installed in the base 1 and is a system of so-called "breaking" levers. The first stopper arm 12 is pivotally mounted to the base. The second lever 13 of the system is pivotally connected to the third lever 14, the opposite end of which is fixedly mounted on the shaft 9. The first and second levers 12, 13 are pivotally connected to each other by means of the axis 15. The structure ensures the fixation of the position of the axis 15, and therefore, through the lever 14, fixing the position of the shaft when the contacts are closed. In this case, both levers 12, 13 are in a position close to vertical. The axis 15 is fixed using the swinging stops 16, 17, one of which has a recess that interacts with the axis 15, and the shutdown electromagnet 18 acts on the second.

Выключатель работает следующим образом. При подаче напряжения на электромагниты 7 они срабатывают и посредством толкателей 8 воздействуют на подвижные упоры 5. Движение передается через пружины 6 поджатия, установленные между подвижными упорами 5 и неподвижными упорами 4 штокам 3, и приводит к замыканию контактов. При дальнейшем движении толкателей происходит дальнейшее перемещение подвижных упоров 5 вдоль соответствующих штоков 3 (выбирается зазор между нижним торцом штока и дном стакана), и осуществляется сжатие пружин 6. Тем самым создается необходимое усилие сжатия контактов во включенном состоянии выключателя. Одновременно подвижные упоры 5 посредством шарнирно с ними связанных рычагов, закрепленных на валу, воздействуют на вал, поворачивая его вокруг оси. Это приводит к закручиванию пружины 10. The switch operates as follows. When voltage is applied to the electromagnets 7, they operate and, by means of the pushers 8, act on the movable stops 5. The movement is transmitted through the compression springs 6 installed between the movable stops 5 and the fixed stops 4 to the rods 3, and leads to contact closure. With further movement of the pushers, the movable stops 5 move further along the corresponding rods 3 (the gap between the lower end of the rod and the bottom of the cup is selected), and the springs are compressed 6. This creates the necessary contact compression force in the on state of the circuit breaker. At the same time, the movable stops 5 by means of pivotally connected levers attached to the shaft act on the shaft, turning it around its axis. This leads to the twisting of the spring 10.

При замыкании контактов дугогасительных камер система "ломающихся" рычагов 12, 13 и качающихся упоров 16, 17 механического стопора фиксируют положение вала (за счет фиксации положения оси 15), а следовательно, фиксируется замкнутое положение контактов. When the contacts of the interrupter chambers are closed, the system of “breaking” levers 12, 13 and swinging stops 16, 17 of the mechanical stop fix the position of the shaft (by fixing the position of the axis 15), and therefore, the closed position of the contacts is fixed.

Размыкание контактов осуществляется следующим образом. При подаче напряжения на электромагнит отключения 18 его толкатель воздействует на рычаг качающегося упора 17, при этом второй упор 16 выходит из зацепления с осью 15. Система рычагов 12, 13 складывается (опускается вниз ось 15), снимается стопорящее воздействие на вал 9, что позволяет пружине 10 привести его в движение. При повороте вала в обратную сторону, а следовательно, при опускании вниз рычагов, шарнирно соединенных с подвижными упорами 5, снимается воздействие на последние и освобождаются штоки 3. При движении штоков вниз происходит размыкание контактов и устройство приходит в исходное состояние. Opening contacts is as follows. When voltage is applied to the shutdown electromagnet 18, its pusher acts on the lever of the swinging stop 17, while the second stop 16 disengages from the axis 15. The lever system 12, 13 is folded (the axis 15 goes down), the locking effect on the shaft 9 is removed, which allows spring 10 to set it in motion. When the shaft is turned in the opposite direction, and therefore, when the levers pivotally connected to the movable stops 5 are lowered, the effect on the latter is removed and the rods 3 are released. When the rods move down, the contacts open and the device returns to its original state.

Таким образом, заявляемая конструкция предусматривает замыкание контактов посредством трех независимых приводов - трех электромагнитов, размыкание - при помощи общего вала, под действием мощной пружины кручения, установленной в его полости. Фиксация замкнутого положения контактов осуществляется при помощи механической защелки, высокая надежность работы которой не зависит от внешних механических воздействий. Thus, the claimed design provides for the closure of contacts through three independent drives - three electromagnets, opening - using a common shaft, under the action of a powerful torsion spring installed in its cavity. Fixing the closed position of the contacts is carried out using a mechanical latch, the high reliability of which does not depend on external mechanical influences.

Такое сочетание приводных устройств позволяет упростить конструкцию и сделать ее более надежной при сравнительно небольших габаритах устройства. This combination of drive devices allows you to simplify the design and make it more reliable with a relatively small size of the device.

Заявленный вакуумный выключатель может найти применение на электрических станциях и подстанциях энергосистем напряжением 6-10 кВ. The claimed vacuum circuit breaker can be used at power plants and substations of power systems with a voltage of 6-10 kV.

Claims

1. A vacuum circuit breaker containing a common shaft and vacuum arcing chambers mounted on the base, each of which has a fixed contact and a movable contact connected to the insulating rod, each chamber is also equipped with a drive and a contact pressing unit with a spring, coaxial to the rod, while the switch is equipped with means for securing the closed position of the contacts, characterized in that the drive of each vacuum arcing chamber, providing contact closure, has an electromagnet with a plunger, acting on the rod by means of a movable stop present on its lower end, mounted to allow it to move along the rod and pivotally connected to the shaft, the spring of the contact clamping unit is installed between the movable stop and a fixed stop fixed to the rod, while the switch is additionally provided with a common for all of arcing chambers, a contact disconnecting drive containing said common shaft, in the cavity of which there is a torsion spring, one end of which is rigidly fixed to ii, the other is the end on the shaft.

2. The vacuum switch according to claim 1, characterized in that the means for securing the closed position of the contacts is a mechanical shaft stopper in the closed contact position and comprises a system of “breaking” levers connecting the base with the lever rigidly mounted on the shaft and the system swinging stops designed to fix the common axis of rotation of the system of “breaking” levers in the closed position of the contacts, while the stopper is equipped with a device for disconnecting it.

3. The vacuum switch according to claim 1, characterized in that the movable stop is a glass, coaxial to the rod and installed in such a way that when the contacts are open, there is a gap between the bottom of the glass and the lower end of the rod.

4. The vacuum switch according to claim 1, characterized in that the torsion spring is made in the form of a torsion bar.