RU226245U1 - 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 эффективности гашения электрической дуги при отключении малых токов, значения которых меньше номинального тока коммутационного аппарата. Быстродействующий выключатель содержит дугогасительную камеру и полюс. Полюс включает корпус, механизм включения, оснащенный пневматическим приводом, передаточным механизмом и включающим электромагнитом, подвижный и неподвижный контакты, отключающий электромагнит, рога, магнитопровод с электрической катушкой магнитного дутья и устройство гашения малых токов, обеспечивающее подачу воздуха в зону горения электрической дуги между подвижным и неподвижным контактами. При этом устройство гашения малых токов выполнено в виде пневматической системы, включающей сопло, направленное в зону горения электрической дуги, подающий воздухопровод и устройство дистанционного управления воздушным потоком. Функцию устройства дистанционного управления воздушным потоком выполняет электропневматический вентиль пневматического привода. При этом источником сжатого воздуха является пневмодвигатель пневматического привода, а подающий воздухопровод присоединен к выхлопному отверстию электропневматического вентиля. Сопло выполнено из электротехнического стеклотекстолита, а подающий воздухопровод - составным из двух трубок, соединенных фитинговым соединением. 2 з.п. ф-лы, 6 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.

Известно устройство для гашения электрической дуги при отключении малых токов быстродействующим коммутационным аппаратом (см. Патент РФ на изобретение RU 2234758 С1, кл. Н01Н 33/91, опубл. 20.08.2004, заявка №2002131962/09 от 27.11.2002). Известное устройство предназначено для гашения электрической дуги при отключении токов, значения которых меньше номинального тока коммутационного аппарата. Устройство содержит пневматический цилиндр с поршнем и штоком, а также сопло, направленное в зону горения электрической дуги между подвижным и неподвижным контактами. Подвижный контакт и шток поршня расположены с зазором во включенном положении коммутационного аппарата с возможностью воздействия подвижного контакта на шток при отключении. Ход штока больше хода подвижного контакта в месте расположения штока. Отсутствие жесткой связи между элементами устройства, возможность свободного перемещения поршня относительно подвижного контакта позволяет исключить замедление скорости хода подвижного контакта, что создает условия для увеличения хода поршня, что обеспечивает уменьшение перенапряжений при гашении дуги

Недостатками известного устройства для гашения электрической дуги при отключении малых токов при конструктивной реализации в быстродействующем коммутационном аппарате является следующее:

- недостаточная скорость и расход воздуха, подаваемого в зону горения электрической дуги между подвижным и неподвижным контактами, связанные с ограниченным объемом рабочей полости пневматического цилиндра и создаваемым в ней относительно низким давлением, что значительно снижает эффективность гашения электрической дуги;

- сложная и относительно нетехнологичная конструкция, связанная с применением пневматического цилиндра, требующая точной механической обработки сопряженных поверхностей и применение уплотнений;

- относительно большой вес и повышенные габариты, усложняющие встраивание устройства в коммутационный аппарат;

- необходимость смазывания трущихся поверхностей пневмоцилиндра в процессе эксплуатации для исключения сухого трения, усложняющая эксплуатацию коммутационного аппарата.

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 магнитопроводом и электрической 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 электрической дуги из зоны контактов с помощью магнитного дутья. Для гашения малых токов сверху на корпусе выключателя выполнен блок воздушного дутья, включающий камеру гашения малых токов. Блок воздушного дутья не связан с пневматической магистралью цепей управления. В корпусе камеры гашения малых токов между двумя шайбами размещена резиновая диафрагма. К нижней шайбе шарнирно закреплен двуплечий рычаг, соединенный тягой с подвижным контактом выключателя. Из воздушной полости над диафрагмой в зону взаимодействия подвижного и неподвижного контактов выведена трубка. При отключении выключателя диафрагма через соединяющую тягу под действием двуплечего рычага перемещается вверх, в воздушной полости создается избыточное давление. Воздух через трубку поступает в зону взаимодействия подвижного и неподвижного контактов, выдувая электрическую дугу в дугогасительную камеру. При этом обеспечивается скорость воздушного потока около 0,34 м/с и расход воздуха 0,000017 м³/с. Механизм включения содержит передаточный механизм, включающий электромагнит и пневматический привод, имеющий в своем составе электропневматический вентиль и пневмодвигатель. Включение выключателя происходит при подаче напряжения на включающий электромагнит и электропневматический вентиль. После поступления сжатого воздуха в пневмодвигатель он 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 являются недостаточные скорость и расход воздуха, подаваемого в зону горения электрической дуги между подвижным и неподвижным контактами, связанные с ограниченным объемом воздушной камеры и создаваемым в ней относительно низким избыточным давлением, а также запаздывание подачи воздуха, что снижает эффективность гашения электрической дуги малых токов, значения которых меньше номинального тока выключателя. Также недостатком выключателя является механическая связь камеры гашения малых токов с подвижным контактом, замедляющая скорость хода подвижного контакта, что вызывает увеличение перенапряжения при гашении электрической дуги.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является повышение эффективности гашения электрической дуги при отключении малых токов, значения которых меньше номинального тока коммутационного аппарата, быстродействующим выключателем.

Указанный технический результат достигается тем, что быстродействующий выключатель содержит дугогасительную камеру и полюс, включающий корпус, механизм включения, оснащенный пневматическим приводом, передаточным механизмом и включающим электромагнитом, подвижный и неподвижный контакты, отключающий электромагнит, рога, магнитопровод с электрической катушкой магнитного дутья и устройство гашения малых токов, обеспечивающее подачу воздуха в зону горения электрической дуги между подвижным и неподвижным контактами. При этом устройство гашения малых токов выполнено в виде пневматической системы, включающей сопло, направленное в зону горения электрической дуги, подающий воздухопровод, устройство дистанционного управления воздушным потоком, реализованное в виде электропневматического вентиля пневматического привода, в котором источником сжатого воздуха является подпружиненная через шток бесштоковая полость пневмодвигателя пневматического привода. Электропневматический вентиль конструктивно состоит из вентиля с расположенными в нем клапаном, включающим впускной и выпускной клапаны, и штуцером для подключения к пневматической магистрали цепей управления и с выполненными в нем отверстиями для подвода воздуха к пневмодвигателю и для выхлопа отработавшего в пневмодвигателе сжатого воздуха и электромагнитного привода. Подающий воздухопровод присоединен к выхлопному отверстию электропневматического вентиля. Сам электропневматический вентиль через отверстие для подвода воздуха к пневмодвигателю с помощью трубки подключен к бесштоковой полости пневмодвигателя с возможностью подачи воздуха при отключении быстродействующего выключателя из бесштоковой полости под воздействием сжатой пружины и высокого давления в бесштоковой полости в зону горения электрической дуги между подвижным и неподвижным контактами через отключенный электропневматический вентиль, когда впускной клапан закрыт, а выпускной открыт, подающий воздухопровод и сопло для производства гашения электрической дуги с высокой скоростью путем выдувания электрической дуги в дугогасительную камеру. Сопло выполнено из электротехнического стеклотекстолита, а подающий воздухопровод - составным из двух трубок, соединенных фитинговым соединением.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен аксонометрический вид быстродействующего выключателя;

на фиг. 2 изображен аксонометрический вид полюса во включенном положении быстродействующего выключателя;

на фиг. 3 изображен полюс во включенном положении быстродействующего выключателя;

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

на фиг. 5 изображена выноска Б на фиг. 3;

на фиг. 6 изображен разрез В-В на фиг. 3.

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.

Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели такому условию патентоспособности как «новизна».

Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления заявляемого быстродействующего выключателя.

Быстродействующий выключатель (далее - выключатель) содержит дугогасительную камеру 1 и полюс 2. Полюс 2 в свою очередь имеет корпус 3, механизм включения 4, оснащенный пневматическим приводом 5, передаточным механизмом 6 и включающим электромагнитом 7, подвижный 8 и неподвижный 9 контакты, отключающий электромагнит 10, рога 11 и 12, магнитопровод с катушкой магнитного дутья 13 и устройство гашения малых токов 14, обеспечивающее подачу воздуха в зону горения электрической дуги между подвижным 8 и неподвижным 9 контактами. Пневматический привод 5 содержит пневмодвигатель 15, электропневматический вентиль 16 и соединяющую их трубку 17. Электропневматический вентиль 16 включающего типа. Пневмодвигатель 15 может быть поршневого или мембранного типа. Устройство гашения малых токов 14 выполнено в виде пневматической системы 18, включающей сопло 19, направленное в зону горения электрической дуги, подающий воздухопровод 20, устройство дистанционного управления воздушным потоком 21, реализованное в виде электропневматического вентиля 16 пневматического привода 5, в котором источником сжатого воздуха является бесштоковая полость 22 пневмодвигателя 15 пневматического привода 5. При этом электропневматический вентиль 16 конструктивно состоит из двух основных частей: вентиля 23 с расположенными в нем клапаном 24 с впускным 25 и выпускным 26 клапанами, седлами 27 и 28, пружиной 29, штуцером 30 и электромагнитного привода 31, состоящего из корпуса 32, электрической катушки 33, стопа 34, якоря 35, кнопки 36 и электрического разъема 37. Причем в вентиле 23 выполнены отверстие 38 для подвода воздуха к пневмодвигателю 15 и отверстие 39 для выхлопа отработавшего в пневмодвигателе 15 сжатого воздуха. Электрический разъем 37 предназначен для подключения электропневматического вентиля 16 к электрической цепи выключателя, кнопка 36- для проведения проверок. Подающий воздухопровод 20 присоединен угловым штуцерным соединением 40 к отверстию для выхлопа 39 вентиля 23, а к отверстию 38 вентиля 23 с помощью трубки 17 угловым штуцерным соединением 41 подключена бесштоковая полость 22 пневмодвигателя 15. Шток 42 пневмодвигателя 15 выполнен с возможностью силового взаимодействия с передаточным механизмом 6 механизма включения 4. Шток 42 подпружинен пружиной 43. Для обеспечения надежной электроизоляции устройства гашения малых токов 14 от электрической дуги в зоне взаимодействия подвижного 8 и неподвижного 9 контактов сопло 19 выполнено из электротехнического стеклотекстолита. Подающий воздухопровод 20 представляет собой конструкцию с пространственной конфигурацией оси. Для упрощения изготовления и монтажа в корпусе 3 воздухопровод 20 выполнен составным, состоящим из трубок 44 и 45, соединенных между собой фитинговым соединением 46. Это обеспечивает возможность размещения устройства гашения малых токов 14 в условиях плотной компоновки узлов и деталей выключателя в корпусе 3 как серийных, так и перспективных выключателей. Выключатель при установке в электроподвижном составе через электрический разъем 47 подключается к цепям управления электроподвижного состава, а через штуцер 30 - к пневматической магистрали цепей управления с номинальным давлением сжатого воздуха 0,5 МПа.

Включение выключателя происходит при подаче электрического напряжения через электрический разъем 47 при включении тумблера БВ в кабине управления электроподвижного состава. При этом происходит подача электрического напряжения на включающий электромагнит 7 и электропневматический вентиль 16. Включающий электромагнит 7 переводит передаточный механизм 6 в режим включения. Включающее электрическое напряжение для электропневматического вентиля 16 поступает через электрический разъем 37 на электрическую катушку 33, якорь 35 притягивается к стопу 34 и передвигает вправо выпускной клапан 26, который закрывает отверстие 39 для выхлопа сжатого воздуха, садясь на седло 28. Одновременно впускной клапан 25, сжимая пружину 29, открывает отверстие 38 и сжатый воздух из пневматической магистрали цепей управления под давлением 0,5 МПа по трубке 17 поступает в бесштоковую полость 22 пневмодвигателя 15. При этом шток 42 пневмодвигателя 15, сжимая пружину 43, перемещается влево и через передаточный механизм 6 механизма включения 4 перемещает подвижный контакт 8 до неподвижного контакта 9 с созданием необходимого контактного давления. Оперативное отключение выключателя происходит при снятии электрического напряжения с включающего электромагнита 7 и электропневматического вентиля 16. При этом подвижный контакт 8 под действием механизма включения 4 переходит в отключенное положение. После снятия электрического напряжения с катушки 33 электропневматического вентиля 16 под действием пружины 29 впускной клапан 25, садясь на седло 27, закрывает доступ воздуха из штуцера 30 в отверстие 38, а выпускной клапан 26 перемещается влево и соединяет через трубку 17 бесштоковую полость 22 с подающим воздухопроводом 20. Воздух под действием давления в бесштоковой полости 22 и сжатой пружины 43 энергично выходит в зону расположения подвижного 8 и неподвижного 9 контактов. Автоматическое отключение выключателя происходит при достижении током отключаемой цепи величины уставки. При этом под действием отключающего электромагнита 10 происходит перевод подвижного контакта 8 в отключенное положение. После отключения подвижного контакта 8 разрываются электрические цепи электропневматического вентиля 16 и включающего электромагнита 7 и механизм включения 4 с передаточным механизмом 6 и пневматическим приводом 5 переходят в отключенное положение. При этом сжатый воздух также как и при оперативном отключении выключателя аналогично выводится в зону расположения подвижного 8 и неподвижного 9 контактов. Электрическая дуга, возникающая при отключении выключателя, выдувается из зоны контактов подвижного 8 и неподвижного 9 контактов поперечным магнитным полем, создаваемым магнитным потоком, создаваемым магнитопроводом с катушкой магнитного дутья 13, на рога 11 и 12. Далее дуга втягивается в дугогасительную камеру 1, где происходит процесс гашения. Для малых токов, когда ток в горящей электрической дуге настолько мал, что не может быстро сойти с подвижного 8 и неподвижного 9 контактов и войти в дугогасительную камеру 1 под действием электродинамических сил, магнитное дутье не эффективно. При отключении малых токов процесс гашения электрической дуги происходит выходом сжатого отработанного воздуха из бесштоковой полости 22 пневмодвигателя 15 по трубке 17 через отключенный электропневматический вентиль 16 при закрытом впускном клапане 25 и открытом выпускном клапане 26 в отверстие для выхлопа 39. Далее сжатый воздух попадает в воздухопровод 20, из которого через сопло 19 подается в зону горения электрической дуги между подвижным 8 и неподвижным 9 контактами. Воздушный поток из сопла 19 выдувает электрическую дугу в дугогасительную камеру 1 и производит гашение. Подробно процесс управления электропневматическим вентилем 16 воздушным потоком описан выше. В связи с тем, что давление сжатого воздуха в бесштоковой полости 22 пневмодвигателя 15 до выхлопа воздуха составляет 0,5 МПа и по мере выхода воздуха из бесштоковой полости 22 пружина 43 поджимает бесштоковую полость 22, создавая добавочное давление, обеспечивается высокая скорость воздушного потока величиной около 0,92 м/с и большой расход воздуха величиной 0,000046 м³/с. Указанные величины почти в три раза больше, чем при использовании устройства гашения токов с камерой гашения малых токов, как у прототипа полезной модели. Это обеспечивает эффективное гашение электрической дуги малых токов.

В настоящее время ООО «Акелло» завершены опытно-конструкторские работы по быстродействующему выключателю с пневматической системой тушения малых токов. Быстродействующий выключатель успешно прошел эксплуатационные испытания на электроподвижном составе, подтвердив высокую надежность, эффективность и работоспособность.

Claims (3)

1. Быстродействующий выключатель, содержащий дугогасительную камеру и полюс, включающий корпус, механизм включения, оснащенный пневматическим приводом, передаточным механизмом и включающим электромагнитом, подвижный и неподвижный контакты, отключающий электромагнит, рога, магнитопровод с электрической катушкой магнитного дутья и устройство гашения малых токов, обеспечивающее подачу воздуха в зону горения электрической дуги между подвижным и неподвижным контактами, отличающийся тем, что устройство гашения малых токов выполнено в виде пневматической системы, включающей сопло, направленное в зону горения электрической дуги, подающий воздухопровод, устройство дистанционного управления воздушным потоком, реализованное в виде электропневматического вентиля пневматического привода, в котором источником сжатого воздуха является подпружиненная через шток бесштоковая полость пневмодвигателя пневматического привода, при этом электропневматический вентиль конструктивно состоит из вентиля с расположенными в нем клапана, включающего впускной и выпускной клапаны, и штуцера для подключения к пневматической магистрали цепей управления и с выполненными в нем отверстий для подвода воздуха к пневмодвигателю и для выхлопа отработавшего в пневмодвигателе сжатого воздуха и электромагнитного привода, подающий воздухопровод присоединен к выхлопному отверстию электропневматического вентиля, а сам электропневматический вентиль через отверстие для подвода воздуха к пневмодвигателю с помощью трубки подключен к бесштоковой полости пневмодвигателя с возможностью подачи воздуха при отключении быстродействующего выключателя из бесштоковой полости под воздействием сжатой пружины и высокого давления в бесштоковой полости в зону горения электрической дуги между подвижным и неподвижным контактами через отключенный электропневматический вентиль, когда впускной клапан закрыт, а выпускной открыт, подающий воздухопровод и сопло для производства гашения электрической дуги с высокой скоростью путем выдувания электрической дуги в дугогасительную камеру.

2. Быстродействующий выключатель по п. 1, отличающийся тем, что сопло выполнено из электротехнического стеклотекстолита.

3. Быстродействующий выключатель по п. 1, отличающийся тем, что подающий воздухопровод выполнен составным из двух трубок, соединенных фитинговым соединением.