RU2344506C1

RU2344506C1 - Vacuum circuit breaker

Info

Publication number: RU2344506C1
Application number: RU2007132772/09A
Authority: RU
Inventors: Евгений Валерьевич Прохоренко (RU); Евгений Валерьевич Прохоренко; Сергей Иванович Одокиенко (RU); Сергей Иванович Одокиенко
Original assignee: Евгений Валерьевич Прохоренко
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2009-01-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: vacuum circuit breaker is of modular design with possibility of mounting any quantity of phase modules; it comprises sealing insulation caps with concentric circle projections; the insulation caps are mounted coaxially to the conducting parts. It also comprises current sensors "Rogowski loop" which are mounted at the conducting parts and fixed on the casing by fastening bolt and insert nut with possibility of using its one nominal in case power of switched equipment is different; traction insulator comprising sealing membrane which separates high-voltage section from electromagnetic drive; the electromagnetic drive is controllable due to the movement of armature by altering voltage on the coils, it is set at one axis with the phase module.

EFFECT: decreasing dimensions, increasing service life and reliability of circuit breaker and switched equipment.

3 dwg

Description

Вакуумный выключательVacuum circuit breaker

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям вакуумных выключателей, и может быть использовано в распределительных устройствах, трансформаторных подстанциях и в составе другого электрооборудования, в том числе взрывозащищенного.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to the design of vacuum circuit breakers, and can be used in switchgears, transformer substations and as part of other electrical equipment, including explosion-proof.

Известен вакуумный выключатель, с вакуумными дугогасительными камерами, электромагнитным приводом и пружинами поджатия (SU №2282266 С1, кл. Н01Н 33/666, 2006). Кинематическая схема его имеет большой тяговый изолятор и габариты, отсутствует герметизация токовых частей, отсутствует независимое управление фазными полюсами и управляемый электромагнитный привод на каждом полюсе.Known vacuum circuit breaker, with vacuum interrupter chambers, electromagnetic drive and preload springs (SU No. 2282266 C1, CL HN 33/666, 2006). Its kinematic scheme has a large traction insulator and dimensions, there is no sealing of the current parts, there is no independent control of the phase poles and a controlled electromagnetic drive at each pole.

Известен вакуумный выключатель, содержащий основание, вакуумные камеры с контактами, контактные терминалы и токосъем, опорную и тяговую изоляцию, пофазные приводы с магнитными системами, образующими магнитные защелки, содержащие статор, якорь и обмотку, и общий синхронизирующий вал [RU №2020631, кл. Н01Н 33/66, 1992]. Недостатками конструкции являются большие габаритные размеры, в том числе тягового изолятора, отсутствие управляемого привода, не обеспечивающего режимы мягкой коммутации, и независимое управление фазными полюсами.A known vacuum switch containing a base, vacuum chambers with contacts, contact terminals and current collector, support and traction isolation, phase-by-phase actuators with magnetic systems forming magnetic latches containing a stator, an armature and a winding, and a common synchronizing shaft [RU No. 2020631, class. H01H 33/66, 1992]. The design flaws are large overall dimensions, including a traction insulator, the absence of a controllable drive that does not provide soft switching modes, and independent control of phase poles.

Наиболее близким по конструкции является вакуумный выключатель [RU №2249874 С2, кл. Н01Н 33/666, 2003]. Выключатель состоит из корпуса, трех неразъемных фазных модулей, содержащих фазные полюсы, жестко установленных на металлическом основании, внутри которого расположены приводы с магнитной защелкой, синхронизирующие и блокировочные валы, блок-контакты. Недостатками конструкции являются большие габаритные размеры выключателя и тягового изолятора, техническая сложность тягового изолятора за счет использования принципа лабиринтной изоляции, отсутствие возможности установки в конструкцию вакуумного выключателя управляемого привода без магнитной защелки, отсутствие независимого управления электромагнитными приводами и герметизации контактов, снижающих изоляционные свойства высоковольтного соединения, невозможность добавления либо удаления фазных модулей, отсутствие встроенного датчика тока приводит к увеличению размеров распределительных устройств, трансформаторных подстанций, и другого электрооборудования, в том числе взрывозащищенного, в котором датчики тока в таком случае устанавливаются снаружи выключателя.The closest in design is a vacuum switch [RU No. 2249874 C2, class H01H 33/666, 2003]. The switch consists of a housing, three integral phase modules containing phase poles, rigidly mounted on a metal base, inside of which there are magnetic latch drives, synchronizing and locking shafts, and block contacts. Design shortcomings are the large overall dimensions of the switch and the traction insulator, the technical complexity of the traction insulator due to the use of the labyrinth isolation principle, the inability to install a controlled drive without a magnetic latch in the vacuum circuit breaker design, the lack of independent control of electromagnetic drives and sealing of contacts that reduce the insulation properties of the high-voltage connection, the inability to add or remove phase modules, the lack of built-in the current sensor leads to an increase in the size of switchgears, transformer substations, and other electrical equipment, including explosion-proof, in which current sensors are installed outside the circuit breaker.

Задача изобретения - уменьшить габариты выключателя, повысить ресурс и надежность выключателя и коммутируемого оборудования.The objective of the invention is to reduce the size of the circuit breaker, to increase the resource and reliability of the circuit breaker and switched equipment.

Технический результат обеспечивает возможность уменьшения габаритных размеров распределительных устройств, трансформаторных подстанций и другого оборудования, в том числе взрывозащищенного за счет встроенного датчика тока и оригинального тягового изолятора с изолирующей мембраной. Повышает эксплуатационную надежность вакуумного выключателя и коммутируемого оборудования за счет использования герметизирующих изоляционных колпаков и управляемого электромагнитного привода, обеспечивающего режимы независимого управления движением якоря каждого электромагнитного привода, мягкой коммутации, снижающей дребезг контакта вакуумной дугогасительной камеры и коммутационные перенапряжения сети. Улучшает удобство монтажа и установки электрооборудования, особенно в условиях шахты, за счет встроенных датчиков тока.The technical result makes it possible to reduce the overall dimensions of switchgears, transformer substations and other equipment, including explosion-proof due to the built-in current sensor and the original traction insulator with an insulating membrane. It increases the operational reliability of the vacuum circuit breaker and switched equipment through the use of sealing insulating caps and a controlled electromagnetic drive, which provides independent control modes of the armature of each electromagnetic drive, soft switching, which reduces contact bounce of the vacuum arcing chamber and switching overvoltage of the network. Improves the convenience of installation and installation of electrical equipment, especially in a mine, due to built-in current sensors.

Технический результат достигается за счет конструктивных особенностей выключателя, а именно: модульная конструкция, мембрана тягового изолятора уменьшают габариты выключателя; управляемый электромагнитный привод, герметизирующие изоляционные колпаки повышают эксплуатационную надежность выключателя и коммутируемого оборудования.The technical result is achieved due to the design features of the switch, namely: a modular design, the membrane of the traction insulator reduce the size of the switch; controlled electromagnetic drive, sealing insulation caps increase the operational reliability of the circuit breaker and switched equipment.

Уменьшение длины тягового изолятора, герметизация токоведущих частей за счет герметизирующей мембраны обеспечивает защиту от угольной и другой пыли и грязи; установка в конструкцию управляемого электромагнитного привода позволяет реализовать режим независимого управления с и без магнитной защелки, режим мягкой коммутации, встраивание в конструкцию датчика тока "пояс Роговского", наиболее универсального датчика тока из всех существующих, позволяющего использовать один его номинал при различной мощности коммутируемого оборудования, возможность установки любого количества фазных модулей позволяет оптимизировать количество выключателей и уменьшить габариты распределительного устройства, трансформаторной подстанции и другого оборудования и облегчает встраивание в любые распределительные устройства и подстанции.Reducing the length of the traction insulator, sealing live parts due to the sealing membrane provides protection against coal and other dust and dirt; installation of a controlled electromagnetic drive into the design allows for independent control with and without a magnetic latch, soft switching mode, incorporation into the design of the Rogowski belt current sensor, the most universal current sensor of all existing, which allows using one of its ratings for different power of switched equipment, the ability to install any number of phase modules allows you to optimize the number of circuit breakers and reduce the size of the switchgear a, transformer substation and other equipment and facilitates integration into any switchgear and substation.

Поставленная задача решается за счет того, что известное устройство имеет модульную конструкцию с возможностью установки любого количества фазных модулей; в него включены герметизирующие изоляционные колпаки с выступами в виде концентрических окружностей, при этом изоляционные колпаки расположены соосно токоведущим частям; в него введены датчики тока - "пояс Роговского", установленные на токоведущих частях с фиксацией на корпусе крепежным болтом и закладной гайкой с возможностью использования одного его номинала при различной мощности коммутируемого оборудования; тяговый изолятор, содержащий герметизирующую мембрану, отделяющую высоковольтный отсек от электромагнитного привода; электромагнитный привод выполнен управляемым за счет перемещения якоря с помощью изменения напряжения на катушках управления, при этом он расположен на одной оси с фазным модулем.The problem is solved due to the fact that the known device has a modular design with the ability to install any number of phase modules; it includes sealing insulation caps with protrusions in the form of concentric circles, while the insulation caps are aligned with the live parts; current sensors are introduced into it - the "Rogowski belt", mounted on live parts with fixing on the body with a fixing bolt and a nut with the possibility of using one of its ratings for different power of the switched equipment; a traction insulator comprising a sealing membrane separating the high voltage compartment from the electromagnetic drive; The electromagnetic drive is made controllable by moving the armature by changing the voltage on the control coils, while it is located on the same axis as the phase module.

На фиг.1 изображен общий вид выключателя, на фиг.2 - разрез модуля фазы в состоянии "включено", на фиг.3 - разрез модуля фазы и электромагнитного привода в состояниях "включено/выключено".In Fig.1 shows a General view of the switch, Fig.2 is a sectional view of the phase module in the on state, Fig.3 is a sectional view of the phase module and the electromagnetic drive in the on / off state.

Вакуумный выключатель состоит из установленных в ряд фазных модулей, каждый из которых содержит изолятор 1 вакуумной дугогасительной камеры 15 с закладными токоведущими деталями, управляемый электромагнитный привод 14, который герметизирован и изолирован от токоведущих частей эластичной мембраной 11, залитой в тяговый изолятор 12 со штоком электромагнита 13 и тягой подвижного контакта 10. Вакуумная дугогасительная камера 15 закреплена в изоляторе 1 с помощью конуса закладной токоведущей шины и может дополнительно изолироваться герметиком 16. Плоская жесткая шина 8 с помощью гибкого токовода 7 соединена с подвижным контактом 37 вакуумной дугогасительной камеры и зафиксирована на диэлектрическом упоре 9 с помощью винта. К плоской жесткой шине 8 с боковой стороны изолятора 1 с помощью винта и закладной гайки 20 герметично присоединен изолятор 5 датчика тока "пояс Роговского" 19 в виде закладной детали вместе с токоведущей частью. К верхней части закладной детали изолятора 1 и изолятора 15 присоединены круглые шины 23 и 24, которые соответственно соединены с закладными круглыми шинами 26 и 25 ответной части 4 вакуумного выключателя соответственно при помощи пружинных контактов 22. На закладных круглых шинах 25 и 26 закреплены наконечники 27 высоковольтных кабелей. Изоляция и герметизация соединения изоляторов 1 и 5 и ответной части 4 вакуумного выключателя осуществляется с помощью изоляционных герметизирующих колпаков 21 с выступами в виде концентрических окружностей, выполненных из диэлектрического материала, обеспечивающих необходимую изоляцию. Изолятор 5 датчика тока 19 дополнительно фиксируется на корпусе 2 с помощью крепежного болта и закладной гайки 20. На изоляторе 1 установлено высоковольтное разъемное соединение 17. На изоляторе 5 датчика тока 19 установлен вывод 18 проводов датчика тока.The vacuum circuit breaker consists of phase modules installed in a row, each of which contains an insulator 1 of a vacuum arcing chamber 15 with embedded current-carrying parts, a controllable electromagnetic drive 14, which is sealed and isolated from current-carrying parts by an elastic membrane 11 embedded in the traction insulator 12 with an electromagnet rod 13 and the traction of the movable contact 10. The vacuum arcing chamber 15 is fixed in the insulator 1 with the help of the cone of the embedded busbar and can be further insulated with sealant 16. Flat rigid bus 8 using a flexible current lead 7 is connected to the movable contact 37 of the vacuum arcing chamber and is fixed on the dielectric stop 9 with a screw. An insulator 5 of the Rogowski belt current sensor 19 in the form of a embedded part together with a current-carrying part is hermetically connected to a flat rigid bus 8 from the side of the insulator 1 by means of a screw and a nut 20. To the upper part of the embedded part of the insulator 1 and insulator 15 are connected round busbars 23 and 24, which are respectively connected to the embedded busbars 26 and 25 of the reciprocal part 4 of the vacuum circuit breaker, respectively, by means of spring contacts 22. On the embedded busbars 25 and 26, high-voltage tips 27 are fixed cables. Insulation and sealing of the connection of insulators 1 and 5 and the counterpart 4 of the vacuum circuit breaker is carried out using insulating sealing caps 21 with protrusions in the form of concentric circles made of dielectric material, providing the necessary insulation. The insulator 5 of the current sensor 19 is additionally fixed on the housing 2 by means of a fixing bolt and a captive nut 20. A high-voltage plug-in connection 17 is installed on the insulator 1. A terminal 18 of the current sensor wires is installed on the insulator 5 of the current sensor 19.

Блоки питания 29 и управления 28 электромагнитным приводом установлены внутри корпуса 2 вакуумного выключателя.Power supplies 29 and control 28 of the electromagnetic drive are installed inside the housing 2 of the vacuum circuit breaker.

В корпусе вакуумного выключателя 2 установлен блокировочный вал отключения 3 и дополнительные блок контакты 30 со стороны внешней направляющей 31 электромагнитного привода.In the housing of the vacuum circuit breaker 2, a tripping blocking shaft 3 and an additional block of contacts 30 are installed on the side of the external guide 31 of the electromagnetic drive.

Фиксация фазных модулей между собой и в электрооборудовании осуществляется болтовыми соединениями с помощью отверстий 6.Fixation of phase modules between each other and in electrical equipment is carried out by bolted connections using holes 6.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии подвижный контакт 37 вакуумной дугогасительной камеры 15 находится в положении отключено и удерживается пружиной отключения небольшой жесткости 32. Цикл включения. При подаче питающего напряжения на управляющую катушку включения 33 электромагнитного привода осуществляется перемещение штока 13 в верхнее положение. При этом перемещается тяговый изолятор 12, тяга 10 подвижного контакта 37 вакуумной дугогасительной камеры 15 в положение включено. Центральная часть мембраны 11 перемещается вверх, при этом герметичность токоведущих частей сохраняется. Поджатие контактов вакуумной дугогасительной камеры 15 осуществляется магнитным полем постоянного магнита 36 посредством магнитной защелки либо постоянным подмагничиванием магнитной системы электромагнитного привода с помощью катушки включения 33.The device operates as follows. In the initial state, the movable contact 37 of the vacuum interrupter chamber 15 is in the off position and is held by the disconnecting spring of low stiffness 32. The switching cycle. When applying a supply voltage to the control coil 33 of the electromagnetic drive, the rod 13 is moved to the upper position. In this case, the traction insulator 12 moves, the rod 10 of the movable contact 37 of the vacuum arcing chamber 15 is in the on position. The central part of the membrane 11 moves up, while the integrity of the live parts is maintained. The preloading of the contacts of the vacuum interrupter chamber 15 is carried out by the magnetic field of the permanent magnet 36 by means of a magnetic latch or by the permanent magnetization of the magnetic system of the electromagnetic drive using the inclusion coil 33.

При подаче питающего напряжения на катушку отключения 34 электромагнитного привода и обесточивании катушки включения 33 осуществляется перемещение якоря 35 электромагнитного привода и закрепленного на нем штока 13 в нижнее положение. При этом перемещается тяговый изолятор 12, тяга 10, гибкий токовод 7 и подвижный контакт 37 вакуумной дугогасительной камеры в положение отключено. Центральная часть мембраны 11 перемещается вниз, герметичность токоведущих частей сохраняется, что обеспечивает надежность изоляции высоковольтных токоведущих частей и вакуумного выключателя. При включении и отключении электромагнитного привода 14 возможно использовать способы управления движением якоря 35 электромагнитного привода с помощью задания необходимого закона изменения напряжения на катушках включения 33 и отключения 34, обеспечивающего режимы плавной или мягкой коммутации и минимизации дребезга контакта вакуумной дугогасительной камеры, что увеличивает ресурс вакуумного выключателя и коммутируемого оборудования посредством уменьшения коммутационных перенапряжений в сети.When applying a supply voltage to the shutdown coil 34 of the electromagnetic drive and de-energizing the turn-on coil 33, the armature 35 of the electromagnetic drive and the rod 13 mounted on it are moved to the lower position. In this case, the traction insulator 12, the rod 10, the flexible current lead 7 and the movable contact 37 of the vacuum arcing chamber are moved to the off position. The central part of the membrane 11 moves downward, the tightness of the live parts is maintained, which ensures the reliability of the isolation of high voltage live parts and a vacuum circuit breaker. When turning on and off the electromagnetic drive 14, it is possible to use the methods for controlling the movement of the armature 35 of the electromagnetic drive by setting the necessary law of changing the voltage on the switching coils 33 and turning off 34, which provides smooth or soft switching modes and minimizes contact bounce of the vacuum interrupter chamber, which increases the life of the vacuum circuit breaker and switched equipment by reducing network overvoltage.

Внешняя направляющая электромагнитного привода 31 является индикатором состояния выключателя, ее перемещение приводит к переключению микропереключателей 30.The external guide of the electromagnetic drive 31 is an indicator of the state of the switch, its movement leads to the switching of microswitches 30.

Блокирование работы устройства или отключение выключателя происходит при помощи вращения вала блокировки 3.Blocking the operation of the device or opening the circuit breaker occurs by rotating the lock shaft 3.

Заявляемый выключатель имеет уменьшенные габариты при повышении ресурса и надежности вакуумного выключателя и коммутируемого оборудования.The inventive switch has a reduced size while increasing the resource and reliability of the vacuum circuit breaker and switched equipment.

Claims

A vacuum circuit breaker comprising a housing, a phase module with a vacuum interrupter chamber located therein, a flexible current lead, a traction insulator, high voltage connections, a locking shaft, an electromagnetic drive, characterized in that it has a modular design with the possibility of installing any number of phase modules; it includes sealing insulation caps with protrusions in the form of concentric circles, while the insulation caps are aligned with current-carrying parts; current sensors are introduced into it - the "Rogowski belt", mounted on live parts with fixing on the body with a fixing bolt and a nut with the possibility of using one of its ratings for different power of the switched equipment; the traction insulator comprises a sealing membrane separating the high voltage compartment from the electromagnetic drive; The electromagnetic drive is made controllable by moving the armature by changing the voltage on the control coil, while it is located on the same axis as the phase module.