RU82930U1

RU82930U1 - VACUUM CIRCUIT BREAKER

Info

Publication number: RU82930U1
Application number: RU2008148894/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Исаакович Будовский; Валерий Павлович Иванов
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2009-05-10

Abstract

Вакуумный выключатель, содержащий вакуумную дугогасительную камеру, с подвижным контактом которой кинематически связана изоляционная тяга, импульсный привод отключения, фиксатор положения выключателя, отличающийся тем, что вакуумная дугогасительная камера имеет второй подвижный контакт с поджимающей пружиной и штоком, на котором закреплен поршень гидравлического демпфера с обратными клапанами и регулировочными гайками, ограничивающими ход этого контакта, при этом с другим концом этой упомянутой изоляционной тяги связан приводной шток с кулачком в виде тела вращения с двумя фиксирующими поверхностями, взаимодействующими с подпружиненными шариками, размещенными осесимметрично в цилиндрическом сепараторе, а привод отключения выполнен в виде индукционно-динамического.A vacuum circuit breaker comprising a vacuum interrupter chamber, with an movable contact of which an insulating rod is connected kinematically, a pulse disconnect drive, a circuit breaker position lock, characterized in that the vacuum arrester has a second movable contact with a compression spring and a rod on which a hydraulic damper piston is fixed with reverse valves and adjusting nuts restricting the course of this contact, while the actuator is connected to the other end of the said insulation rod current with a cam of the rotary body with two locking surfaces cooperating with spring-loaded balls arranged axially in the cylindrical separator and the trip actuator is in the form of an induction-dynamic.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности может быть использована в быстродействующих вакуумных выключателях постоянного тока, синхронных выключателях, короткозамыкателях среднего класса напряжения 3÷10 кВ, но может быть применима и для общепромышленных выключателей высокого напряжения.The utility model relates to electrical engineering, in particular, it can be used in high-speed DC vacuum circuit breakers, synchronous circuit breakers, medium-voltage short circuits of 3 ÷ 10 kV, but can also be used for general industrial high-voltage circuit breakers.

Известен вакуумный выключатель (А.С. СССР №1174994, кл. Н01Н 33/66, опубл. 23.08.85) [1]. в котором вакуумная дугогасительная камера(ВДК) имеет два подвижных контакта на торцевых оппозитных фланцах и перегородку внутри камеры. Такая камера увеличивает электрическую прочность, но требует применения по два привода включения и отключения.A known vacuum circuit breaker (AS USSR No. 1174994, class N01N 33/66, publ. 23.08.85) [1]. in which the vacuum interrupter chamber (VDK) has two movable contacts on the end opposite flanges and a partition inside the chamber. Such a chamber increases the electric strength, but requires the use of two drive on and off.

Наиболее близким к предлагаемому решению является вакуумный выключатель (А.С. СССР №1396168, кл. Н01Н 33/66, опубл. 1988.05.15) [2], в котором для переключения ВДК с одним подвижным контактом применяются импульсные электрические приводы: для включения-индукционно-динамический привод(ИДП), для отключения - электро-динамический привод (ЭДП). ВДК переключается приводами через изоляционные шток и втулку, с которыми кинематически связаны две пары симметричных относительно оси штока пружинно-рычажных упоров, расположенных на разных уровнях и фиксирующих контакт ВДК во включенном и отключенном положении. На Closest to the proposed solution is a vacuum circuit breaker (AS USSR No. 1396168, class N01N 33/66, publ. 1988.05.15) [2], in which pulsed electric drives are used to switch the VDK with one movable contact: for switching on -inductive-dynamic drive (IDP), for shutdown - electro-dynamic drive (EHP). The VDK is switched by actuators through an insulating rod and a sleeve, with which two pairs of spring-lever stops symmetrical with respect to the axis of the rod, located at different levels and fixing the VDK contact in the on and off position, are kinematically connected. On

катушках ЭДП установлен противовес. Направляющей для элементов ЭДП является изоляционная втулка.EAF coils mounted counterbalance. The guide for the elements of the EAF is an insulating sleeve.

Привод имеет существенные недостатки: при включении ИДП приходится помимо контакта ВДК перемещать все детали ЭДП и противовес; изоляционная направляющая ненадежна для направления скольжения при импульсных нагрузках; попарные пружинно-рычажные упоры не образуют симметричную силовую плоскость; выполнение фиксаторов в виде рычагов с подпружиненными штоками увеличивает поперечные размеры привода, создает большие усилия трения; общий недостаток ЭДП - подвижные катушки требуют гибких токоподводов. В целом, такой привод может обеспечить ресурс выкличателя только в аварийном режиме - в несколько сотен коммутаций, а для оперативного режима необходимы десятки тысяч циклов включения-отключения.The drive has significant drawbacks: when you turn on the IDP, you have to move all the details of the EAF and the counterweight in addition to the VDK contact; the insulating guide is not reliable for sliding direction under pulsed loads; pairwise spring-lever stops do not form a symmetrical force plane; the implementation of the clamps in the form of levers with spring-loaded rods increases the transverse dimensions of the drive, creates large friction forces; a common drawback of the EAF - moving coils require flexible current leads. On the whole, such a drive can provide the identifier resource only in emergency mode — several hundred switching operations, and for the online mode, tens of thousands of on-off cycles are needed.

Цель предлагаемой полезной модели - повышение быстродействия, коммутационной способности, увеличение к.п.д. привода и срока службы, уменьшение габаритов.The purpose of the proposed utility model is to increase speed, switching ability, increase efficiency drive and service life, reduction in size.

Указанная цель достигается тем, что в вакуумном выключателе, содержащем вакуумную дугогасительную камеру, с подвижным контактом которой кимематически связана изоляционная тяга, импульсный привод отключения, фиксатор положения выключателя. Вакуумная дугогасительная камера имеет второй подвижный контакт с поджимающей пружиной и штоком, на котором закреплен поршень гидравлического демпфера с обратными клапанами и регулировочными гайками, ограничивающими ход этого контакта. При этом с другим концом упомянутой изоляционной тяги связан кулачок в виде тела вращения с двумя фиксирующими поверхностями, взаимодействующими с подпружиненными шариками, размещенными осесимметрично в This goal is achieved by the fact that in a vacuum circuit breaker containing a vacuum arcing chamber, with a movable contact of which an insulating rod, a pulsed shutdown drive, a switch position lock is kinematically connected. The vacuum interrupter chamber has a second movable contact with a compression spring and a rod, on which a hydraulic damper piston with check valves and adjusting nuts restricting the stroke of this contact is fixed. At the same time, a cam in the form of a body of revolution is connected to the other end of the said insulating rod with two fixing surfaces interacting with spring-loaded balls placed axisymmetrically in

цилиндрическом сепараторе, а привод отключения выполнен в виде индукционно-динамического.a cylindrical separator, and the shutdown drive is made in the form of an induction-dynamic.

На фиг.1 показан вакуумный выключатель (продольный разрез): слева-отключенное положение, справа-включенное. На фиг.2 показан узел «А» по фиг.1, т.е. основные детали фиксатора включенного и отключенного положения выключателя.Figure 1 shows a vacuum circuit breaker (longitudinal section): left-off position, right-on. Figure 2 shows the node "A" in figure 1, i.e. the main details of the latch on and off switch position.

Вакуумная дугогасительная камера 1 (фиг.1) имеет первый подвижный контакт 2 и второй подвижный контакт 3 с гибкими 4 и 5 и жесткими токопроводами 6 и 7. Второй подвижный контакт поджат пружиной 8. В этот контакт ввернут шток 9, одновременно являющийся штоком гидродемпфера 10 с обратными клапанами 11 на поршне 12; на наружном конце штока закреплены регулировочные гайки 13, ограничивающие ход второго подвижного контакта ВДК под действием пружины 8 и атмосферного давления на сильфон.The vacuum interrupter chamber 1 (Fig. 1) has a first movable contact 2 and a second movable contact 3 with flexible 4 and 5 and rigid conductors 6 and 7. The second movable contact is spring-loaded 8. A rod 9 is screwed into this contact, which is also a hydraulic damper rod 10 with check valves 11 on the piston 12; on the outer end of the rod, adjusting nuts 13 are fixed, limiting the course of the second movable contact of the airborne motor under the action of the spring 8 and atmospheric pressure on the bellows.

Первый подвижный контакт через изоляционную тягу 14 жестко связан с приводным штоком 15 кулачка в виде тела вращения 16, контактирующего своими фиксирующими поверхностями 17 и 18 (фиг.2) с шариками 19, помещенными в цилиндрический сепаратор 20 и поджатыми пружинами 21 через упоры 22 с хвостовиками 23, перемещающимися в направляющих отверстиях 24 винтов 25. Детали 16...25 вместе с корпусом 26 (фиг.1) образуют фиксатор включенного и отключенного положения выключателя. Этот узел закреплен на опорном фланце 27, с другой стороны которого закреплен ИДП отключения, состоящий из катушки индуктора 28 в изоляционном каркасе 29 и дисков: медного 30 и стального 31. К фланцу 27 на стойках 32 закреплен привод 33 включения с толкающим штоком 34. Опорные фланцы 35 и 36 ВДК связаны между собой изоляционными стойками 37 и с фланцем 27- стойками 38.The first movable contact through the insulating rod 14 is rigidly connected to the cam drive rod 15 in the form of a body of revolution 16 in contact with its fixing surfaces 17 and 18 (FIG. 2) with balls 19 placed in a cylindrical separator 20 and pressed by springs 21 through stops 22 with shanks 23, moving in the guide holes 24 of the screws 25. Details 16 ... 25 together with the housing 26 (figure 1) form a latch on and off switch position. This assembly is mounted on a support flange 27, on the other side of which a trip IDP is fixed, consisting of an inductor coil 28 in an insulating frame 29 and disks: copper 30 and steel 31. An actuator 33 with a push rod 34 is fixed to the flange 27 on the racks 32. Support VDK flanges 35 and 36 are interconnected by insulating posts 37 and with flange 27 - posts 38.

Выключатель работает следующим образом. При включении выключателя привод 33 своим штоком 34 толкает вверх (фиг.1 - слева) шток 15 с кулачком 16, изоляционную тягу 14 и первый подвижный контакт 2 ВДК, преодолевая усилие от шариков 19 (фиг.2) на рабочую поверхность 18 кулачка 16, при этом атмосферное давление на сильфон контакта 2 помогает движению. К моменту замыкания контактов 2 и 3 ВДК кулачок выходит на шарики поверхностью 17, помогая усилию привода; но к этому моменту начинают действовать противодействующие силы со стороны пружины 8 поджатия и силы атмосферного давления на сильфон второго контакта 3 ВДК. Полный ход привода составляет «α», вжим контактов - «δ» (фиг.1), на это расстояние приподнимаются гайки 13 над крышкой демпфера 10. Движение вверх ограничивается упором диска 30 в изоляционный каркас ИДП. Включенное положение выключателя (фиг.1 - справа) фиксируется упиранием шариков 19 в поверхность 17 кулачка 16 (фиг.2). Если коммутационный аппарат не требует быстрого включения, то шток 34 и активный элемент привода 33 могут быть возвращены в исходное состояние, например, отключающей пружиной этого привода за несколько десятков миллисекунд. При движении контакта 3 вверх гидродемпфер не оказывает существенного сопротивления движению благодаря обратным клапанам 11 и малой скорости движения.The switch operates as follows. When the switch is turned on, the actuator 33 with its rod 34 pushes upward (Fig. 1 to the left) the rod 15 with the cam 16, the insulating rod 14 and the first movable contact 2 of the airborne motor, overcoming the force from the balls 19 (Fig. 2) on the working surface 18 of the cam 16, the atmospheric pressure on the bellows pin 2 helps the movement. By the time of the closure of contacts 2 and 3 of the VDK, the cam goes to the balls surface 17, helping the drive force; but at this point, the opposing forces from the side of the preload spring 8 and atmospheric pressure force begin to act on the bellows of the second contact 3 of the airborne collar. The full stroke of the drive is “α”, the contact pressure is “δ” (Fig. 1), the nuts 13 above the damper cover 10 are lifted by this distance. The upward movement is limited by the stop of the disk 30 in the isolation frame of the IDP. The on position of the switch (Fig. 1 - to the right) is fixed by abutting the balls 19 against the surface 17 of the cam 16 (Fig. 2). If the switching device does not require a quick start, then the rod 34 and the active element of the actuator 33 can be returned to its original state, for example, by breaking the spring of this actuator for several tens of milliseconds. When the contact 3 moves up, the hydraulic damper does not show significant resistance to movement due to check valves 11 and a low speed of movement.

Отключается выключатель следующим образом.The switch trips as follows.

При подаче электропитания на катушку 28 ИДП отталкивается диск 30 и через диск 31 воздействует на шток 15, преодолевая усилие со стороны шариков 19 на поверхность 17 кулачка 16. Если необходимо получить малое время отключения - в 2÷3 мс, например, для выключателей постоянного тока или короткозамыкателей, на катушку 28 подается мощный разряд от накопителя энергии. В этом случае даже под действием сильной пружины 8 поджатия контакт 3 ВДК сместится всего на доли миллиметра, благодаря закрытому When power is supplied to the coil 28, the IDP repels the disk 30 and through the disk 31 acts on the rod 15, overcoming the force from the side of the balls 19 to the surface 17 of the cam 16. If it is necessary to obtain a short shutdown time of 2 ÷ 3 ms, for example, for DC circuit breakers or short circuits, a powerful discharge from the energy store is supplied to coil 28. In this case, even under the action of a strong spring 8 preload contact 3 of the VDK will shift only a fraction of a millimeter, thanks to the closed

состоянию обратных клапанов, и зазор между контактами практически будет равен расстоянию «α». В этот момент включается контур противотока и дуга между контактами гаснет. Кулачок 16 выходит на контакт с шариками своей поверхностью 18, обеспечивая преодоление небольшого усилия со стороны атмосферного давления на сильфон контакта 2- выключатель фиксируется в отключенном положении.the state of the check valves, and the gap between the contacts will be practically equal to the distance "α". At this moment, the countercurrent circuit is turned on and the arc between the contacts goes out. The cam 16 makes contact with the balls with its surface 18, providing overcoming a small effort from the atmospheric pressure on the bellows of contact 2 - the switch is fixed in the off position.

Если выключатель предназначен для отключения переменного тока сети, то отключение может быть проведено за 30÷50 мс. В этом случае гидравлическое демпфирование не нужно и импульс на катушку 29 может быть существенно меньшим. Под действием ИДП и мощной пружины 8 контакты ВДК движутся вместе выбирая зазор «δ» до момента касания гаек 13 до крышки демпфера 10, после чего второй подвижный контакт резко останавливается, а первый подвижный контакт и существенно уменьшенные подвижные массы движутся до упора в шток 34 привода 33, выбирая зазор «α-δ». В приводе 33 может быть предусмотрено демпфирование при отключении. В отключенном положении выключатель фиксируется упиранием профиля 18 кулачка 16 в шарики 19.If the switch is designed to disconnect the ac mains, the trip can be carried out in 30 ÷ 50 ms. In this case, hydraulic damping is not necessary and the pulse to the coil 29 can be significantly smaller. Under the action of the IDP and a powerful spring 8, the VDK contacts move together choosing the gap “δ” until the nuts 13 touch the damper cover 10, after which the second movable contact stops abruptly, and the first movable contact and significantly reduced movable masses move all the way to the actuator rod 34 33, choosing the gap "α-δ". In drive 33, damping upon shutdown may be provided. In the off position, the switch is fixed by abutting the profile 18 of the cam 16 in the balls 19.

Ход первого подвижного контакта ВДК всегда фиксирован, независимо от электроизноса. Активный диск ИДП прижат к катушке с минимальным установочным зазором с помощью фиксатора во включенном положении, обеспечивая максимальный к.п.д. привода отключения. Резкая остановка второго подвижного контакта в процессе отключения обеспечивает разрыв подварки контактов ВДК и необходимую скорость отключения. Применение больших масс и токопроводящих сечений второго подвижного контакта не только улучшает динамику механизма выключателя, но и улучшает охлаждение контактов. Применение гидродемпфера дополнительно уменьшает дребезг контактов при включении.The course of the first movable VDK contact is always fixed, regardless of electrical wear. The active disk of the IDP is pressed against the coil with a minimum installation gap using the lock in the on position, providing maximum efficiency drive shutdown. Abrupt stop of the second movable contact during the disconnection process provides a break in the welding of the VDK contacts and the necessary disconnection speed. The use of large masses and conductive sections of the second movable contact not only improves the dynamics of the circuit breaker mechanism, but also improves the cooling of the contacts. The use of a hydraulic damper further reduces contact bounce when turned on.

Предложенная конструкция фиксатора положения выключателя делает его гораздо компактней и проще по сравнению с прототипом, значительно повышает его износостойкость за счет возможности легкой установки большого количества фиксирующих подпружиненных шариков.The proposed design of the switch position lock makes it much more compact and simpler than the prototype, significantly increases its wear resistance due to the ability to easily install a large number of spring-loaded locking balls.

Испытания макетного образца выключателя подтвердили его отмеченные достоинства.Tests of the prototype circuit breaker confirmed its marked advantages.

Информация, принятая во внимание при составлении заявки:Information taken into account when preparing the application:

1. А.С. СССР №1174994, кл. Н01Н 33/66. опубл. 23.08.85 Бюл. №31.1. A.S. USSR No. 1174994, cl. H01H 33/66. publ. 08/23/85 Bull. No. 31.

2. А.С. СССР №1396168, кл. Н01Н 33/66. опубл. 1988.05.15.. (прототип)2. A.S. USSR No. 1396168, cl. H01H 33/66. publ. 1988.05.15 .. (prototype)

Claims

A vacuum circuit breaker comprising a vacuum interrupter chamber, with an movable contact of which an insulating rod is connected kinematically, a pulse disconnect drive, a circuit breaker position lock, characterized in that the vacuum arrester has a second movable contact with a compression spring and a rod on which a hydraulic damper piston is fixed with reverse valves and adjusting nuts restricting the course of this contact, while the actuator is connected to the other end of the said insulation rod current with a cam of the rotary body with two locking surfaces cooperating with spring-loaded balls arranged axially in the cylindrical separator and the trip actuator is in the form of an induction-dynamic.