RU226237U1 - Быстродействующий выключатель - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к конструкции быстродействующего выключателя, предназначенного для защиты высоковольтного оборудования электроподвижного состава от перегрузок и токов короткого замыкания, а также для оперативных включений и отключений силовой цепи без нагрузки. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности выключателя. Быстродействующий выключатель содержит дугогасительную камеру и полюс, включающий корпус, механизм включения с передающим рычагом, неподвижный и подвижный контакты, отключающий электромагнит и пневматический привод, имеющий в своем составе пневмодвигатель и электропневматический вентиль. При этом пневматический привод выполнен с мембранным пневмодвигателем одностороннего действия, содержащим корпус с направляющей втулкой, крышку и чашечную мембрану, которые соединены между собой обжимным хомутом, возвратную пружину и двухступенчатый шток. Внутренний конец штока выполнен с нажимным диском с закругленными кромками, а наружный - с торцевой плоскостью, перпендикулярной к геометрической оси штока, с диаметральным размером, обеспечивающим постоянный силовой контакт по нормали между торцевой плоскостью штока и роликом передающего рычага механизма включения во всем диапазоне углов поворота передающего рычага как при включении выключателя, так и в выключенном положении выключателя. Силовое замыкание штока и ролика передающего рычага при включении выключателя обеспечивается возвратными пружинами передающего рычага и усилием на штоке, создаваемым при подаче в бесштоковую полость пневмодвигателя сжатого воздуха, а в выключенном положении выключателя - только возвратными пружинами передающего рычага. Концы обжимного хомута расположены вертикально над пневмодвигателем. Электропневматический вентиль установлен горизонтально в корпусе полюса и соединен пневмотрубкой с пневмодвигателем. Закрепление пневмодвигателя в механизме включения произведено двумя шпильками. При этом длина направляющей втулки равна диаметру цилиндрического сопряжения выходного конца штока с направляющей втулкой, цилиндрическое сопряжение штока с направляющей втулкой выполнено по скользящей посадке, направляющая втулка в корпусе пневмодвигателя установлена по плотной посадке, а отношение диаметра опорного диска к рабочему диаметру мембраны равно 0,65. 5 ил.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к конструкции быстродействующего выключателя, предназначенного для защиты высоковольтного оборудования электроподвижного состава от перегрузок и токов короткого замыкания, а также для оперативных включений и отключений силовой цепи без нагрузки.

Известен быстродействующий выключатель БВП-5-02 (далее - выключатель), примененный в электровозе ВЛ11 (см. ЭЛЕКТРОВОЗ ВЛ11. Руководство по эксплуатации / Под ред. Г.И. Чиракадзе и О.А. Кикнадзе. - М.: Транспорт, 1983, 464 с., с. 64-66). Известный выключатель предназначен для разрыва силовой цепи и ее защиты от токов короткого замыкания. Выключатель БВП-5-02 состоит из следующих основных узлов: корпуса, контактного устройства, пневматического привода с поршневым пневмодвигателем, системы дугогашения и электромагнитного удерживающего устройства. В корпусе выключателя расположены магнитопровод с удерживающей катушкой, размагничивающий виток с сердечником, рычаг якоря, на котором шарнирно укреплен контактный рычаг с подвижным контактом, в средней части соединенный с двумя контактными пружинами, включающий рычаг пневматического привода с возвращающими пружинами и цилиндр пневматического привода с буфером для смягчения ударов рычага при выключении быстродействующего выключателя. Сверху выключателя установлены неподвижный контакт и дугогасительная катушка с магнитопроводом. В зоне контактов магнитопровод имеет веерообразные полюсы для проведения магнитного потока через камеру. Между веерообразными полюсами помещается дугогасительная камера. Работа выключателя происходит следующим образом. Нажав кнопку БВ кнопочного выключателя электровоза подают питание на удерживающую катушку. Кратковременным нажатием кнопки Возврат БВ кнопочного выключателя электровоза подают питание на катушку электромагнитного вентиля. Сжатый воздух давит на поршень пневмодвигателя, шток поршня передает давление на рычажную систему подвижного контакта и, растягивая контактную и возвращающую пружины, подводит якорь к полюсам магнитопровода удерживающей катушки. После разрыва цепи питания электропневматического вентиля пневматического привода кнопкой Возврат БВ сжатый воздух выходит из пневмоцилиндра и шток возвращается в исходное состояние. Включающий рычаг под действием возвращающей пружины отходит от контактного рычага. При этом якорь остается притянутым к полюсам магнитной системы удерживающей катушки и под действием контактной пружины включаются главные контакты.

Недостатками известного выключателя является сложная конструкция, относительно большой вес, относительно низкая технологичность, низкая эксплуатационная надежность, связанная с применением пневматического привода на основе поршневого пневмодвигателя. Низкие эксплуатационная надежность и технологичность обусловлены повышенными требованиями, предъявляемыми к изготовлению, сборке и эксплуатации поршневых пневмодвигателей, особенно в условиях низких температур, прежде всего из-за наличия в них смазки, склонной к примерзанию, а также быстрому износу резиновых уплотнений.

Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является быстродействующий выключатель ВАБ-55-2500/30-Л-У2 (далее - выключатель), примененный в грузовом электровозе постоянного тока 2ЭС6 (см. Электровоз 2ЭС6 «Синара» / под. ред. В.В. Брексона. - Верхняя Пышма: ООО «Уральские локомотивы», 2015. - 328 с., с. 92-99). Известный выключатель предназначен для защиты высоковольтного оборудования от перегрузок и токов короткого замыкания, а также для оперативных включений и отключений силовой цепи электровоза без нагрузки. Выключатель к цепям управления электровозом подсоединен электрическим разъемом. К электропневматическому вентилю пневмопривода через штуцер подводится воздух от пневматической магистрали цепей управления. Основными узлами выключателя являются полюс и дугогасительная камера. Полюс включает в себя механизм включения, неподвижный контакт с катушкой магнитного дутья, подвижный контакт и отключающий электромагнит. Все узлы полюса расположены в корпусе выключателя. Дугогасительная камера предназначена для гашения электрической дуги, возникающей при отключении выключателя, путем выдувания дуги из зоны контактов с помощью магнитного дутья. Механизм включения содержит передаточный механизм, включающий электромагнит и пневмопривод, имеющий в своем составе поршневой пневмодвигатель с установленным на нем электропневматическим вентилем. Поршень пневмодвигателя в корпусе пневмодвигателя уплотнен резиновой манжетой и сальником. Для исключения сухого трения резиновой манжеты и сальника по зеркалу корпуса пневмодвигателя с целью исключения сгорания уплотнений производится смазка контактирующих поверхностей. Давление воздуха в корпусе уравновешивается усилием пружины. Со стороны системы рычагов передаточного механизма пневмодвигатель закрыт плитой, которая крепится к корпусу пневмодвигателя четырьмя винтами. Плита выполнена с прямоугольным окном для выхода штока поршня. Включение выключателя происходит при подаче напряжения на включающий электромагнит и электропневматический вентиль. После поступления сжатого воздуха в полость корпуса пневмодвигателя шток поршня выходит через окно в плите и воздействует на систему рычагов передаточного механизма. При этом происходит перемещение подвижного контакта до неподвижного с созданием контактного давления. Оперативное отключение выключателя происходит при снятии напряжения с включающего электромагнита и электропневматического вентиля. Отключающий электромагнит служит для автоматического отключения выключателя при достижении током отключаемой цепи значения уставки.

Недостатками известного выключателя является сложная конструкция, относительно большой вес, низкая эксплуатационная надежность, относительно низкая технологичность, низкий ресурс и долговечность пневматического привода на основе поршневого пневмодвигателя. Низкая технологичность обусловлено повышенными требованиями, предъявляемыми к изготовлению, сборке и эксплуатации пневмодвигателей поршневого типа. Поршневой пневмодвигатель в условиях низких температур из-за необходимости смазки трущихся поверхностей склонен к примерзанию, а также быстрому износу резиновых уплотнений. Долговечность манжетных уплотнений характеризуется лишь 10000 - 15000 включениями. Существенным недостатком также является наличие утечек воздуха из поршневого пневмодвигателя, значительно нарастающими по мере износа резиновой манжеты и сальника и ударное воздействие штока пневмодвигателя из-за наличия зазора между рычажной системой передаточного механизма и штоком пневмодвигателя в выключенном положении выключателя.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является повышение эксплуатационной надежности.

Указанный технический результат достигается тем, что в быстродействующем выключателе, содержащем дугогасительную камеру и полюс, имеющий в своем составе корпус, механизм включения с передающим рычагом, неподвижный и подвижный контакты, отключающий электромагнит и пневматический привод, содержащий пневмодвигатель и электропневматический вентиль, пневматический привод выполнен с мембранным пневмодвигателем одностороннего действия. Указанный пневмодвигатель содержит соединенные между собой обжимным хомутом корпус с направляющей втулкой, крышку и чашечную мембрану, а также возвратную пружину и двухступенчатый шток. При этом внутренний конец штока выполнен с нажимной тарелкой с закругленными кромками, а наружный - с торцевой плоскостью, перпендикулярной к геометрической оси штока, с диаметральным размером, обеспечивающим постоянный силовой контакт по нормали между торцевой поверхностью штока и роликом передающего рычага механизма включения во всем диапазоне углов поворота передающего рычага как при включении, так и в выключенном положении выключателя. Силовое замыкание штока и ролика передающего рычага при включении выключателя обеспечивается возвратными пружинами передающего рычага и усилием на штоке, создаваемым при подаче в бесштоковую полость пневмодвигателя сжатого воздуха, а в выключенном положении выключателя - только возвратными пружинами передающего рычага. Концы обжимного хомута расположены вертикально над пневмодвигателем. Электропневматический вентиль установлен горизонтально в корпусе полюса и соединен пневмотрубкой с пневмодвигателем. Закрепление пневмодвигателя в механизме включения произведено двумя шпильками. При этом длина направляющей втулки равна диаметру цилиндрического сопряжения выходного конца штока с направляющей втулкой, цилиндрическое сопряжение штока с направляющей втулкой выполнено по скользящей посадке, направляющая втулка в корпусе пневмодвигателя установлена по плотной посадке, а отношение диаметра опорного диска к рабочему диаметру мембраны равно 0,65.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен аксонометрический вид быстродействующего выключателя;

на фиг. 2 изображен полюс быстродействующего выключателя во включенном положении быстродействующего выключателя;

на фиг. 3 изображен вид А на фиг. 2;

на фиг. 4 изображен разрез Б-Б на фиг. 3 в выключенном положении быстродействующего выключателя;

на фиг. 5 изображен разрез В-В на фиг. 3 в выключенном положении быстродействующего выключателя.

В связи с тем, что графические изображения фигур заявленной полезной модели плохо читаются при вертикальном расположении длинных сторон листа, целесообразно было расположить листы горизонтально, что позволило существенно укрупнить чертежи.

Быстродействующий выключатель (далее - выключатель) содержит дугогасительную камеру 1 и полюс 2, имеющий в своем составе корпус 3, механизм включения 4 с передающим рычагом 5, неподвижный 6 и подвижный 7 контакты, отключающий электромагнит 8 и пневматический привод 9, содержащий мембранный пневмодвигатель 10 одностороннего действия и электропневматический вентиль 11. Передающий рычаг 5 оснащен роликом 12. Пневмодвигатель 10 содержит корпус 13 с направляющей втулкой 14, крышку 15 и чашечную мембрану 16, соединенных между собой обжимным хомутом 17, возвратную пружину 18 и двухступенчатый шток 19. В корпусе 13 и крышке 15 из-за отсутствия в конструкции поршня нет необходимости производства механической обработки внутренних поверхностей. Корпус 13 и крышка 15 могут быть изготовлены высокопроизводительными технологичными способами, такими как литье и штамповка. Корпус 13 и крышка 15 могут быть выполнены из легких материалов, например, из алюминиевых сплавов. Это значительно повышает технологичность конструкции мембранного пневмодвигателя 10. Первая ступень 20 штока 19 выполнена с опорным диском 21 с закругленными кромками 22, а вторая ступень 23 - с торцевой плоскостью 24, перпендикулярной к геометрической оси 25 штока 19, с диаметральным размером, обеспечивающим постоянный силовой контакт по нормали между торцевой плоскостью 24 штока 19 и роликом 12 передающего рычага 5 механизма включения 4 во всем диапазоне углов поворота передающего рычага 5 как при включении, так и в выключенном положении выключателя. Отношение диаметра 26 опорного диска 21 к рабочему диаметру 27 мембраны 16 равно 0,65, что позволяет обеспечить необходимую площадь рабочей (активной) части мембраны 16, а следовательно, и мощность мембранного пневмодвигателя 10. Торец 28 ступени 20 ограничивает ход штока 19. Ограничение хода штока 19 и закругленные кромки 22 опорного диска 21 исключают разрыв мембраны, обеспечивая необходимый ресурс и долговечность мембранного пневмодвигателя 10, делая возможным до 1 миллиона включений пневматического привода 9. Силовое замыкание штока 19 и ролика 12 передающего рычага 5 при включении выключателя обеспечивается возвратными пружинами 29 передающего рычага 5 и усилием на штоке 19, создаваемым при подаче в бесштоковую полость 30 пневмодвигателя 10 сжатого воздуха, а в выключенном положении выключателя - только возвратными пружинами 29 передающего рычага 5. Концы 31 и 32 обжимного хомута 17 расположены вертикально над пневмодвигателем 10. Электропневматический вентиль 11 установлен горизонтально в корпусе 3 полюса 2 и соединен пневмотрубкой 33 с пневмодвигателем 10. Закрепление пневмодвигателя 10 в механизме включения 4 произведено двумя шпильками 34. Это минимизирует узел крепления, а также снижает требования по точности изготовления крепежных отверстий в механизме включения 4, что позволяет назначить менее точный позиционный допуск. Типовой поршневой пневмодвигатель в связи с наличием двух участков сопряжения штока поршень - зеркало пневмоцилидра и выходной конец штока - выходное отверстие пневмоцилиндра обладает значительной радиальной жесткостью и минимальным угловым люфтом. Для обеспечения приемлемых значений радиальной жесткости и углового люфта с целью обеспечения требуемого пространственного положения геометрической оси 25 штока 19 сопряжение направляющей втулки 14 со штоком 19 произведено по скользящей посадке на длине, равной диаметру цилиндрического сопряжения выходного конца штока 19 с направляющей втулкой 14, цилиндрическое сопряжение штока 19 с направляющей втулкой 14 выполнено по скользящей посадке, направляющая втулка 14 в корпусе 13 пневмодвигателя 10 установлена по плотной посадке. Фактически направляющая втулка 14 является центрирующей базой. Направляющая втулка 14 выполнена из бронзы марки БрАЖМц 10-3-1,5 ГОСТ 18175-78 и не требует смазки во время работы пневматического привода 9. Она установлена в корпусе 13 по плотной посадке и зафиксирована с помощью шайбы 35 и пружинного упорного плоского наружного кольца 36. Такая установка позволяет при необходимости производить замену направляющей втулки 14 в процессе эксплуатации. Передающий рычаг 5 установлен в механизме включения 4 на оси 37. Механизм включения 4 выполнен с промежуточным рычагом 38, установленным на оси 39 и связанным через пружину 40, создающей контактное давление, с изоляционной тягой 41. Изоляционная тяга 41 на конце со стороны подвижного контакта 7 выполнена с защелкой 42, промежуточный рычаг 38 - с роликом 43. Механизм включения 4 содержит включающий электромагнит 44, соединенный через тяги 45 и защелку 46 с передающим рычагом 5 механизма включения 4. Отключающий электромагнит 8 содержит магнитопровод 47 и якорь 48. В зоне контакта неподвижного 6 и подвижного 7 контактов размещены дугогасительные рога 49 и 50. Выключатель при установке в электроподвижном составе через электрический разъем 51 подключается к цепям управления электроподвижного состава. Для подачи сжатого воздуха в пневматический привод 9 предназначен штуцер 52. Узел заземления 53 выключателя представляет собой бобышку 54, заземляющий болт 55 и заземляющий провод 56 (не показан). Типовые мембранные пневмодвигатели обладают повышенными диаметральными габаритами. Поэтому было рационально установить пневмодвигатель 10 с вертикальным расположением концов 31 и 32 обжимного хомута 17 над пневмодвигателем 10, а электропневматический вентиль 11 расположить горизонтально в корпусе 3, соединив электропневматический вентиль 11 с пневмодвигателем 10 трубкой 33, с целью обеспечения компоновки выключателя с мембранным пневмодвигателем 10 в габаритах корпуса прототипа заявляемой полезной модели, с сохранением местоположений электрического разъема 51 цепей управления, штуцера 52 подвода сжатого воздуха и узла заземления 53 с обеспечением доступа к заземляющему болту 55 для производства работ по закреплению заземляющего провода 56 (не показан) необходимым моментом затяжки и последующей маркировки краской места заземления. Это позволяет обеспечить взаимозаменяемость с предшествующей конструкцией выключателя с пневмодвигателем поршневого типа, применяемого в настоящее время на электроподвижном составе, что целесообразно как при производстве, так и при эксплуатации электроподвижного состава.

Включение выключателя происходит при подаче напряжения через электрический разъем 51 при включении тумблера БВ в кабине управления электроподвижного состава и сжатого воздуха через штуцер 52. При этом включающий электромагнит 44 срабатывает, удерживая защелку 46 через тяги 45, а ролик 43 и защелка 46 входят в зацепление. Электропневматический вентиль 11 открывает доступ сжатого воздуха по пневмотрубке 33 в бесштоковую полость 30 пневмодвигателя 10. Под действием давления сжатого воздуха мембрана 16 пневмодвигателя 10 изгибается и передает усилие через опорный диск 21 на шток 19. При этом происходит сжатие возвратной пружины 18 и поворот передающего рычага 5 с роликом 12 вокруг оси 37. Силовое замыкание штока 19 и ролика 12 передающего рычага 5 по нормали к торцевой плоскости 24 обеспечивает безударное воздействие пневмодвигателя 10 на механизм включения 4 и исключает возникновение поперечных сил на шток 19. Это минимизирует значения мертвого хода и шаткости выключателя в целом. При повороте передающего рычага 5 через защелку 46 и ролик 43 передается усилие на промежуточный рычаг 38. Промежуточный рычаг 38 поворачивается вокруг оси 39 и перемещает через пружину 40 и изоляционную тягу 41 подвижный контакт 7 до неподвижного контакта 6 с созданием контактного давления.

Оперативное отключение выключателя происходит при снятии напряжения с включающего электромагнита 44. При этом защелка 46 выходит из зацепления с роликом 43. Подвижный контакт 7 под действием пружины 40 переходит в отключенное положение. После снятия напряжения с электропневматического вентиля 11 происходит выпуск воздуха из бесштоковой полости 30 в атмосферу. При этом шток 19 с мембраной 16 под действием возвратной пружины 18 и механизм включения 4 под действием возвратных пружин 29 переходят в отключенное положение.

Автоматическое отключение выключателя происходит при достижении током отключаемой цепи величины уставки. При этом якорь 48 отключающего электромагнита 8 притягивается к магнитопроводу 47 и своим противоположным концом расцепляет защелку 42 изоляционной тяги 41, подвижный контакт 7 переходит в отключенное положение. После отключения выключателя разрываются электрические цепи электропневматического вентиля 11 и включающего электромагнита 44, механизм включения 4 с пневмоприводом 9 переходят в отключенное положение.

Электрическая дуга, возникающая при отключении выключателя, выдувается из зоны контактов поперечным магнитным полем на рога 49 и 50. Далее дуга втягивается в дугогасительную камеру 1, где происходит процесс гашения.

Claims (1)

1. Быстродействующий выключатель, содержащий дугогасительную камеру и полюс, включающий корпус, механизм включения с передающим рычагом, неподвижный и подвижный контакты, отключающий электромагнит и пневматический привод, имеющий в своем составе пневмодвигатель и электропневматический вентиль, отличающийся тем, что пневматический привод выполнен с мембранным пневмодвигателем одностороннего действия, содержащим корпус с направляющей втулкой, крышку и чашечную мембрану, соединенные между собой обжимным хомутом, возвратную пружину и двухступенчатый шток, внутренний конец которого выполнен с нажимной тарелкой с закругленными кромками, а наружный - с торцевой плоскостью, перпендикулярной к геометрической оси штока, с диаметральным размером, обеспечивающим постоянный силовой контакт по нормали между торцевой плоскостью штока и роликом передающего рычага механизма включения во всем диапазоне углов поворота передающего рычага как при включении выключателя, так и в выключенном положении выключателя, при этом силовое замыкание штока и ролика передающего рычага при включении выключателя обеспечивается возвратными пружинами передающего рычага и усилием на штоке, создаваемым при подаче в бесштоковую полость пневмодвигателя сжатого воздуха, а в выключенном положении выключателя - только возвратными пружинами передающего рычага, причем концы обжимного хомута расположены вертикально над пневмодвигателем, электропневматический вентиль установлен горизонтально в корпусе полюса и соединен пневмотрубкой с пневмодвигателем, закрепление пневмодвигателя в механизме включения произведено двумя шпильками, при этом длина направляющей втулки равна диаметру цилиндрического сопряжения выходного конца штока с направляющей втулкой, цилиндрическое сопряжение штока с направляющей втулкой выполнено по скользящей посадке и направляющая втулка в корпусе пневмодвигателя установлена по плотной посадке, а отношение диаметра опорного диска к рабочему диаметру мембраны равно 0,65.