Патент на изобретение №2256975

(54) ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

(57) Реферат:

Выключатель электропитания снабжен, по меньшей мере, одной разрядной камерой, которая заполнена элегазом, имеет осевую симметрию и располагается по продольной оси. В камере имеется контур для пропускания тока силовой цепи с центральным контактным штырем, а также отдельный контур для пропускания номинального тока, снабженный контактами для пропускания номинального тока. Приводной рычажный механизм перемещает контактный штырь и контакты для пропускания номинального тока и выполнен таким образом, чтобы в начальный момент процесса разъединения контактный штырь продолжал оставаться в положении первой мертвой точки до тех пор, пока не прервется контур для пропускания номинального тока. Контактный штырь может быть затем перемещен в направлении разъединения со значительно более высокой скоростью, чем контакты для пропускания номинального тока. При этом по направлению к концу своего хода разъединения контакты для пропускания номинального тока перемещаются в положение второй мертвой точки. Контактный штырь не придет в свое разомкнутое положение до тех пор, пока контакты для пропускания номинального тока не закончат свое перемещение в направлении разъединения. Технический результат – уменьшение энергопотребления для приведения в действие. 14 з.п. ф-лы, 15 ил.

Настоящее изобретение основывается на известном выключателе электропитания, охарактеризованном в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

В двух опубликованных описаниях изобретений – DE 196 13 568 А1 и DE 196 13 569 А1 раскрывается выключатель электропитания, который может быть применен в электрических цепях высокого напряжения, в частности также и в качестве выключателя генератора. Этот выключатель электропитания имеет цилиндрическую разрядную камеру, которая заполнена газом SF₆, используемым в качестве охлаждающей и изолирующей среды. В этой разрядной камере имеется контур для пропускания тока силовой цепи, в котором расположены эрозионностойкие расходуемые контакты, которые подсоединены при помощи замыкающего контакта, находящегося во включенном состоянии, и, кроме того, в этой камере имеется также отдельный контур для пропускания номинального тока, в котором установлены контакты для пропускания номинального тока. Контакты в этих двух контурах для пропускания тока приводятся в действие через рычажный механизм при помощи привода, причем конструкция рычажного механизма выполнена таким образом, чтобы контакты для пропускания номинального тока всегда перемещались с меньшей скоростью, чем замыкающий контакт. При разъединении контакты для пропускания номинального тока и замыкающий контакт размыкаются совместно, но контур для пропускания номинального тока всегда прерывается первым, после чего ток, который должен быть отключен, переключается на контур для пропускания тока силовой цепи. При этом контур для пропускания тока силовой цепи продолжает пропускать ток до тех пор, пока этот контур не будет окончательно разомкнут. Выключатели, подобные этому, обычно требуют сравнительно большого количества энергии для приведения их в действие. В конце хода разъединения контактов кинетическая энергия движущихся частей и в особенности контактов для пропускания номинального тока, которые обладают сравнительно большой массой, должна быть погашена, что осуществляется довольно сложным путем.

Настоящее изобретение в том его виде, как оно охарактеризовано в независимых пунктах формулы изобретения, позволяет добиться поставленной при этом цели, заключающейся в создании выключателя электропитания, при производстве которого может быть получен положительный экономический эффект.

Преимущества, получаемые при реализации настоящего изобретения, заключаются в том, что данный выключатель электропитания требует для приведения его в действие меньше энергии и, следовательно, может быть оборудован менее мощным и поэтому более экономичным приводом.

Выключатель электропитания снабжен, по меньшей мере, одной разрядной камерой, которая заполнена изолирующей средой, в частности газом SF₆, имеет осевую симметрию и располагается вдоль продольной оси. В разрядной камере имеется контур для пропускания тока силовой цепи с центральным контактным штырем, а также отдельный контур для пропускания номинального тока, который снабжен контактами для пропускания номинального тока. Разрядная камера приводится в действие при помощи приводного рычажного механизма, который перемещает контактный штырь и контакты для пропускания номинального тока. Рычажный механизм выполнен таким образом, чтобы в начальный момент процесса разъединения контактный штырь оставался в положений первой мертвой точки до тех пор, пока не прервется контур для пропускания номинального тока. Контактный штырь может быть затем перемещен в направлений разъединения со значительно более высокой скоростью, чем контакты для пропускания номинального тока. При этом контакты для пропускания номинального тока движутся в положение второй мертвой точки по направлению к концу своего хода разъединения. Контактный штырь не придет в свое разомкнутое положение до тех пор, пока контакты для пропускания номинального тока не закончат свое перемещение в направлении разъединения. В начальный момент процесса соединения контакты для пропускания номинального тока остаются в указанном положении второй мертвой точки до тех пор, пока не произойдет предварительное возбуждение дуги при включении. Таким образом, контакты для пропускания номинального тока с обеспечением при этом соответствующих преимуществ защищаются от повреждений, вызываемых дугой.

Выключатель электропитания имеет, по меньшей мере, одно устройство, выполненное в виде цилиндра с поршнем, который перемещается с обеспечением связи между ним и контактами для пропускания номинального тока, причем внутри этого устройства находится часть изолирующей среды, заполняющей разрядную камеру, и эта среда подвергается там сжатию под воздействием поршня во время разъединения. Полученная таким образом сжатая изолирующая среда, в качестве которой часто применяется газ SF₆, используется для того, чтобы способствовать процессу задувания дуги, в результате чего с обеспечением при этом соответствующих преимуществ улучшается способность выключателя электропитания к разъединению, в особенности при малых значениях тока разъединения.

Обнаружено было, что особенно значительные преимущества могут быть получены применительно к данному выключателю электропитания в том случае, если, по меньшей мере, частично кинетическая энергия, которую имеют контакты для пропускания номинального тока к концу их хода разъединения, может быть использована при помощи приводного рычажного механизма для ускорения движения контактного штыря, а также для перемещения нагнетательного поршня, соединенного с контактным штырем. Если реализовать это преимущество, то тогда привод можно будет спроектировать значительно менее мощным, что также окажет благоприятное влияние на стоимость.

Дополнительные усовершенствования, обеспечиваемые настоящим изобретением, являются предметом рассмотрения в зависимых пунктах формулы изобретениям.

Настоящее изобретение, особенности его разработки и получаемые при его применении преимущества поясняются более подробно в приведенном ниже описании, которое ведется со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 представляет частичный разрез выключателя электропитания согласно первому варианту его исполнения, который показан в упрощенном виде в разъединенном состоянии;

фиг.2 – изображение выключателя электропитания согласно этому же варианту исполнения, который также показан в упрощенном виде, но во включенном состоянии;

фиг.3, 4 и 5 – выключатель электропитания согласно первому варианту исполнения в различных имеющих важное значение положениях, занимаемых им в ходе осуществления движения на разъединение;

фиг.6 – последовательность осуществления движений при разъединении для первого варианта исполнения выключателя электропитания;

фиг.7а, 7b и 7с – частичный разрез выключателя электропитания согласно второму варианту его исполнения, который показан в упрощенном виде во включенном состоянии;

фиг.8а и 8b – отдельные детали конструкций выключателя электропитания согласно второму варианту его исполнения в упрощенном виде;

фиг.9а, 9b, 10а и 10b – второй вариант исполнения выключателя электропитания в двух имеющих важное значение положениях, занимаемых им в ходе осуществления движения на разъединение.

На всех чертежах те элементы, которые имеют одно и то же назначение, обозначены одинаковыми номерами позиций. При этом показаны на прилагаемых чертежах и рассмотрены в приведенном ниже описании только те элементы, которые непосредственно необходимы для понимания настоящего изобретения.

На фиг. 1 показан частичный разрез выключателя 1 электропитания согласно первому варианту его исполнения, который показан в упрощенном виде в разъединенном состоянии. Выключатель 1 электропитания имеет разрядную камеру 2, которая в данном случае выполнена таким образом, что проходит вдоль общей продольной оси 3 и расположена концентрично по отношению к этой оси. Разрядная камера 2 приводится в действие при помощи привода (не показан) через приводной рычажный механизм 4. В качестве такого привода может предусматриваться, например, применение обычного аккумуляторного привода. Со стороны привода разрядная камера 2 подсоединена к герметичному металлическому корпусу, который расположен концентрично по отношению к продольной оси 3, охватывает собой приводной рычажный механизм 4 и снабжен с той своей стороны, которая обращена в противоположном направлении относительно разрядной камеры 2, соединениями (не показаны) для подвода электроэнергии. Корпус 5 заключает в себе первый дугогасящий объем 6.

С той своей стороны, которая обращена в противоположном направлении относительно привода, разрядная камера 2 подсоединена к герметичному металлическому дугогасящему корпусу 7, который расположен концентрично по отношению к продольной оси 3 и снабжен с той своей стороны, которая обращена в противоположном направлении относительно разрядной камеры 2, соединениями (не показаны) для подвода электроэнергии. Дугогасящий корпус 7 заключает в себе второй дугогасящий объем 8. Корпус 5 и дугогасящий корпус 7 соединены друг с другом с обеспечением при этом необходимой жесткости и герметичности данного соединения при помощи герметичной трубчатой детали 9, выполненной из изоляционного материала, которая расположена концентрично по отношению к продольной оси 3, а объем, заключенный внутри этих деталей, заполнен находящимся под давлением газом SF₆. В зависимости от ожидаемой наружной температуры давление заполнения находится для этого выключателя 1 электропитания в пределах приблизительно от 5 бар до 8 бар. Корпус 5 и дугогасящий корпус 7 установлены на выполненной из изоляционного материала опоре (не показана) и изолированы относительно земли. Усилие от привода передается к приводному рычажному механизму 4 при помощи детали, выполненной из электроизоляционного материала.

В разрядной камере 2 имеется контур для пропускания номинального тока и расположенный параллельно ему контур для пропускания тока силовой цепи, который находится в центре и проходит в осевом направлении. Когда выключатель 1 электропитания включен, контур для пропускания номинального тока проходит от дугогасящего корпуса 7 через выполненную за одно целое с ним кольцевую контактную торцевую часть 10 и через подвижные в осевом направлении контакты 11 для пропускания номинального тока к контактной торцевой части 12, которая выполнена за одно целое с корпусом 5, а затем далее по корпусу 5. Когда выключатель 1 электропитания включен, контур для пропускания тока силовой цепи проходит от дугогасящего корпуса 7 через контактное пальцевое устройство 13 и контактный штырь 14, который расположен по центру и используется в качестве замыкающего контакта, в контактный держатель 15, который с обеспечением при этом электропроводности соединен с корпусом 5 и в который вставлены спиральные контакты 16, а оттуда к корпусу 5 и затем далее по корпусу 5. Однако по этому контуру для пропускания тока силовой цепи не будет протекать сколь либо существенного тока до тех пор, пока не будет прерван контур для пропускания номинального тока.

Контакты 11 для пропускания номинального тока приводятся в действие посредством кольца 17, которое соединено с приводным рычажным механизмом 4, но показано здесь лишь схематично. Кольцо 17 имеет механическую связь через множество плунжеров 18, распределенных по окружности, с контактами 11 для пропускания номинального тока, которые расположены таким образом, чтобы иметь возможность перемещения в пределах наружной части 19 внутреннего объема разрядной камеры. Плунжеры 18 получают направленное движение в соответствующих отверстиях, выполненных в той торцевой стенке корпуса 5, которая обращена в направлении к разрядной камере 2. Кроме того, кольцо 17 соединяется также и с поршневыми штоками 20, которые аналогичным образом получают направленное движение в соответствующих отверстиях, выполненных в той торцевой стенке корпуса 5, которая обращена в направлении к разрядной камере 2. Поршневые штоки 20 соединяются каждый с соответствующим ему поршнем 21, каждый из которых отделяет цилиндрический объем 22 сжатия от наружной части 19 внутреннего объема разрядной камеры. Большое число отдельных поршней 21 вместе с соответствующими каждому из них объемами 22 сжатия располагается концентрично вокруг продольной оси 3, но возможно также и такое исполнение, в котором отдельный кольцевой поршень отсекает отдельный кольцевой объем сжатия, но в этом случае указанный один такой поршень будет приводиться в действие при помощи целого ряда поршневых штоков с тем, чтобы предотвратить перекос поршня.

Каждый объем 22 сжатия сообщается с общим накопительным объемом 24 при помощи проходного канала 23. Этот накопительный объем 24 можно также рассматривать и как внутреннюю часть объема разрядной камеры, которая отделена с обеспечением при этом требуемой герметичности посредством цилиндрической перегородки 25, выполненной из электроизоляционного материала, от наружной части 19 внутреннего объема разрядной камеры. Зона 26 дугообразования предусматривается в центре накопительного объема 24, который находится в области между эрозионностойким контактным пальцевым устройством 13 и кончиком контактного штыря 14. Через отверстие 27, выполненное по центру контактного пальцевого устройства 13, зона 26 дугообразования сообщается с дугогасящим объемом 8. А через другое отверстие 28, которое проходит сквозь торцевую стенку корпуса 5, обращенную в противоположном направлении относительно привода, зона 26 дугообразования сообщается с дугогасящим объемом 6. В той своей области, которая непосредственно примыкает к зоне 26 дугообразования, это отверстие 28 снабжено внутренней облицовкой 29, которая по своей форме выполнена в виде сопла и изготовлена из изоляционного материала, например из политетрафторэтилена, и которая сравнительно плотно охватывает контактный штырь 14, находящийся в своем замкнутом положении.

Контактный штырь 14 соединен со стороны привода с поршнем 30, который скользит в цилиндре 31. При этом указанный цилиндр 31 выполнен за одно целое с той торцевой стенкой корпуса 5, которая обращена в противоположную сторону относительно привода. Объем 32 сжатия предусматривается с приводной стороны поршня 30 и используется для демпфирования движения контактного штыря 14 непосредственно перед тем, как он придет в свое разомкнутое положением. В течение всего остального времени движения контактного штыря 14 на размыкание объем 32 сжатия сообщается с накопительным объемом 24 при помощи проходных каналов 33.

Приводной рычажной механизм 4 имеет четыре оси 34, 35, 36 и 37 вращения, занимающие неподвижное положение, которые проходят параллельно друг другу. Оси 34, 35, 36 и 37 при этом проходят под прямым углом к плоскости сечения, представленного на фиг.1, и, следовательно, под прямым углом к продольной оси 3. Ось 34 вращения представляет собой ось поворотного стержня (не показан), изготовленного из электроизоляционного материала, и который жестко соединяет конец коленчатого рычага 38 с приводом (не показан), потенциал которого соответствует электрическому потенциалу земли. Этот поворотный стержень, выполненный из электроизоляционного материала, пропущен сквозь стенку корпуса 5, в соответствующем отверстии которой он установлен при помощи герметичной проворачивающейся втулки.

Металлический коленчатый рычаг 38 имеет две точки 39 и 40 вращения, находящиеся на концах двух его плеч. Рычаг 41 первого элемента рычажного механизма шарнирно крепится в точке 39 вращения и соединяет коленчатый рычаг 38 с точкой вращения 42, находящейся на конце коленчатого рычага 43, который поворачивается относительно занимающей неподвижное положение оси 35 вращения. Точка 42 вращения находится на конце одного из плеч коленчатого рычага 43, другое плечо которого имеет на своем конце вторую точку 44 вращения, в которой шарнирно крепится рычаг 45. Другим своим концом рычаг 45 шарнирно крепится к кольцу 17 в точке 46 вращения. Для того чтобы обеспечить перемещение кольца 17 без каких-либо перекосов, соединение этого вышеупомянутого рычага с кольцом 17 обеспечивается в двух взаимно противоположных точках. Такое, как отмечено выше, соединение этого рычага с кольцом 17 лучше всего показано на фиг.3.

Рычаг 47 второго элемента рычажного механизма шарнирно закреплен в точке 40 вращения к коленчатому рычагу 38 и соединяет коленчатый рычаг 38 с точкой 48 вращения, находящейся на конце коленчатого рычага 49, который поворачивается относительно занимающей неподвижное положение оси 36 вращения. Точка 48 вращения находится на конце одного из плеч коленчатого рычага 49, другое плечо которого имеет на своем конце вторую точку 50 вращения, в которой шарнирно крепится рычаг 51, при помощи которого коленчатый рычаг 49 соединяется с подвижной точкой вращения 52 коленчатого рычага 53, который поворачивается относительно занимающей неподвижное положение оси 37 вращения. При этом указанная ось 37 вращения связана с концом одного плеча коленчатого рычага 53. Точка 52 вращения находится при вершине коленчатого рычага 53, а еще одна точка 54 вращения предусмотрена на конце другого плеча коленчатого рычага 53. Рычаг 55 шарнирно закреплен в этой дополнительной точке 54 вращения, соединяя коленчатый рычаг 53 с точкой 56 вращения. Указанная точка 56 вращения расположена на приводном конце контактного штыря 14, который перемещается в осевом направлении.

Приводной рычажный механизм 4 выполнен таким образом, что во время разъединения контакты 11 для пропускания номинального тока, которые приводятся в действие при помощи первого элемента рычажной системы, всегда размыкаются первыми и прерывают контур для пропускания номинального тока, а контактный штырь 14, который первоначально блокируется в положении мертвой точки, при этом не приводится в действие при помощи указанного второго элемента рычажного механизма до тех пор, пока это не произойдет. Общая величина хода и средняя скорость перемещения контактного штыря 14 будут всегда больше, чем общая величина хода и средняя скорость перемещения контактов 11 для пропускания номинального тока. По завершении фазы ускорения контактный штырь 14 перемещается со значительно более высокой максимальной скоростью, значение которой находится в пределах приблизительно от 10 м/с до 20 м/с, чем контакты 11 для пропускания номинального тока, которые перемещаются с максимальными скоростями, находящимися в пределах приблизительно от 2 м/с до 6 м/с.

Во время соединения контактный штырь 14 всегда перемещается первым, замыкая соответствующий контур, а контакты 11 для пропускания номинального тока, которые первоначально блокируются в положении своей мертвой точки, не замыкаются до того, как это произойдет. Диаграмма движений, совершаемых при разъединении, представлена в функции от времени на фиг.6. Кривая А на фиг.6 показывает движение, совершаемое приводом, который перемещается в пределах величины своего хода Н₃, а кривая В показывает движение, совершаемое контактами 11 для пропускания номинального тока и поршнями 21, которые перемещаются в пределах величины своего хода H₁, тогда как кривая С показывает движение, совершаемое контактным штырем 14, который перемещается в пределах величины своего хода Н₂. Из приведенных кривых со всей очевидностью следует, что контактный штырь 14 перемещается в пределах значительно большей величины хода, чем контакты 11 для пропускания номинального тока, а также, что он перемещается со значительно более высокой максимальной скоростью, чем контакты 11 для пропускания номинального тока.

На фиг.2 показан первый вариант исполнения выключателя 1 электропитания, который изображен в упрощенном виде и представлен во включением состоянии. Это состояние соответствует начальному моменту времени T₁ на фиг.6. В этот момент коленчатый рычаг 38 повернут против часовой стрелки для того, чтобы перевести выключатель 1 электропитания из разъединенного положения, показанного на фиг.1, во включенное положение, показанное на фиг.2. Выключатель 1 электропитания разъединяется, когда коленчатый рычаг 38 поворачивается по часовой стрелке. Приводной рычажный механизм 4 может очень легко быть приведен в соответствие с требованиями, предъявляемыми к нему в отношении обеспечения соответствующих значений величины хода и скорости движущихся частей выключателя рассматриваемого типа, приводимых в движение данным механизмом, путем изменения длины плеч и угла между плечами коленчатого рычага 38. Кроме того, соответствующим образом могут быть также изменены и параметры других частей, входящих в состав приводного рычажного механизма 4, при проведении дополнительных регулировочных операций.

На фиг.3, 4 и 5 показаны различные, имеющие важное значение положения выключателя 1 электропитания, занимаемые им в ходе осуществления движения на разъединение. На фиг.3 показан выключатель 1 электропитания в положении, занимаемом им непосредственно сразу же после прерывания контура для пропускания номинального тока, и в котором только что произошло размыкание контактов 11 для пропускании номинального тока относительно контактной торцевой части 10, что соответствует моменту времени Т₃ на фиг.6. Коленчатый рычаг 38 немного повернут против часовой стрелки, а кольцо 17 – и вместе с ним также контакты 11 для пропускания номинального тока и поршни 21 – перемещаются в направлении стрелки 57, параллельной продольной оси 3. Усилие при этом передается от коленчатого рычага 38 через рычаг 41, коленчатый рычаг 43 и рычаг 45 на бобышку 58, которая жестко соединена с кольцом 17, и в которой предусматривается наличие точки 46 вращения. Как уже было упомянуто в приведенном выше описании, еще одна такая бобышка с аналогично подсоединенным к ней соответствующим рычагом располагается симметрично по отношению к указанной бобышке 58. Несмотря на то что контакты 11 для пропускания номинального тока при этом уже движутся в направлении размыкания, контактный штырь 14 в контуре для пропускания тока силовой цепи все еще продолжает оставаться в своем замкнутом положении. В то же самое время, что и контакты 11 для пропускания номинального тока, перемещается и поршень 21, начиная при этом сжимать изолирующую среду, находящуюся в объеме 22 сжатия. Как показано стрелкой 59, сжатая среда перетекает при этом по проходному каналу 23 из объема 22 сжатия в накопительный объем 24, где и осуществляется ее первоначальное накопление. Однако второй элемент рычажного механизма, который приводит в действие контактный штырь 14, первоначально все еще продолжает оставаться в положении мертвой точки.

Контакты 11 для пропускания номинального тока и поршень или поршни 21 продолжают сравнительно медленно перемещаться дальше в направлении размыкания, но как только будет пройдена при этом мертвая точка второго элемента рычажного механизма, контактный штырь 14, как показано на фиг.4, начинает свое движение в направлении разъединения со сравнительно высокой максимальной скоростью. Это состояние соответствует моменту времени Т₃ на фиг.6. При этом поршень 30 сжимает изолирующую среду, находящуюся в объема 32 сжатия. Как показано стрелкой 60, сжимаемая при этом среда перетекает по проходным каналам 33 из объема 32 сжатия в накопительный объем 24, где происходит первоначальное ее накопление.

По прохождении во время своего движения пути, соответствующего величине хода H₁, контакты 11 для пропускания номинального тока все еще продолжают обладать весьма значительной кинетической энергией, развиваемой благодаря их сравнительно большой массе. Эта кинетическая энергия передается через приводной рычажный механизм 4 на контактный штырь 14, который в указанный момент времени Т₃ далеко еще не достиг максимальной своей скорости, совершая движение на разъединение, и используется для дальнейшего ускорения его движения. Следовательно, привод выключателя 1 электропитания может быть выполнен таким образом, чтобы быть несколько менее мощным, чем обычно, и поэтому более дешевым благодаря тому, что ускорению движения контактного штыря 14 с обеспечением при этом соответствующих преимуществ способствует эта кинетическая энергия, которая в противном случае использована быть не может.

На фиг.5 выключатель 1 электропитания показан в положении, занимаемом им непосредственно сразу же после размыкания контактов в контуре для пропускания тока силовой цепи, что сопровождается зажиганием дуги 61 между эрозионностойким контактным пальцевым устройством 13 и контактным штырем 14 и нагреванием зоны 26 дугообразования, а вместе с ней – и накопительного объема 24. Однако горячий газ при этом уже частично вышел из зоны 26 дугообразования через отверстие 27 в дугогасящий объем 8. Это состояние соответствует моменту времени T₈ на фиг.6. Контакты 11 для пропускания номинального тока и поршни 21 в этот момент уже пришли в свое окончательное положение, занимаемое ими при разъединении, и поэтому сжимаемая изолирующая среда прекращает перетекать в накопительный объем 24 из объемов 22 сжатия. Но при этом поршень 30, который соединен с контактным штырем 14, продолжает сжимать изолирующую среду, находящуюся в объеме 32 сжатия, и перетекание ее через проходные каналы 33 в накопительный объем 24 не прекращается, что способствует процессу задувания дуги 61 при условии, что создавшееся давление допускает осуществление этого процесса.

Контактный штырь 14 продолжает теперь двигаться дальше в направлении размыкания, освобождая при этом отверстие 28, что позволяет получить дополнительный поток горячих газов, выходящих из зоны 26 дугообразования в дугогасящий объем 6. Охлаждение дуги 61 в этой области протекает исключительно интенсивно, поэтому в большинстве случаев она будет погашена еще до того, как контактный штырь 14 придет в окончательное свое положение, занимаемое им при разъединении. Непосредственно перед тем моментом, когда достигнуто будет это окончательное положение, занимаемое при разъединении, поршень 30 перекрывает собой входные отверстия, ведущие в проходные каналы 33, в результате чего отсекаемая при этом остаточная часть объема 32 сжатия может, начиная с этого момента, использоваться в качестве объема, обеспечивающего пневматическое демпфирование, что позволяет эффективно погасить остаточную кинетическую энергию контактного штыря 14, которой он продолжает обладать на момент прихода его в положение, занимаемое им при разъединении. Это положение, занимаемое при разъединении, показано на фиг.1 и достигается окончательно в момент времени T₅.

Перемещение движущихся частей выключателя 1 электропитания при его включении происходит в противоположном направлении относительно того направления, в котором они перемещаются при разъединении. В начальный момент процесса включения контакты 11 для пропускания номинального тока продолжают оставаться в положении своей мертвой точки до тех пор, пока не произойдет предварительно возбуждение электрической дуги, возникающей при включении между уже совершающим свое движение контактным штырем 14 и эрозионностойким контактным пальцевым устройством 13. И только после того, как это произойдет, начинается перемещение этих контактов относительно друг друга в направлении их смыкания, но при этом в свое замкнутое состояние указанные контакты для пропускания номинального тока не придут до тех пор, пока на прекратится горение дуги, возникшей при включении, то есть, иными словами, эти контакты замкнутся только тогда, когда контактный штырь 14 переместится до конца и войдет в контакт с указанным контактным пальцевым устройством 13.

На фиг.7а, 7b и 7с представлен второй вариант исполнения выключателя 1 электропитания, находящегося во включенном состоянии. Это положение соответствует начальному моменту времени T₁ на фиг.6. Разрядная камера 2 и дугогасящий корпус 7 имеют такую же конструкцию, как и в первом варианте исполнения. Но при этом предусматривается дополнительно наличие промежуточной стенки 62, имеющей частичные сквозные вырезы, которая расположена внутри корпуса 5 и проходит под прямым углом к продольной оси 3. Таким образом, дугогасящий объем 6 в этом корпусе простирается только лишь до той стороны промежуточной стенки 62, которая обращена в противоположном направлении относительно разрядной камеры 2. Дугогасящий объем 6 отгорожен стенкой 63, которая выполнена за одно целое с корпусом 5 с обеспечением при этом необходимой герметичности и располагается под прямым углом к продольной оси 3.

Как показано на фиг.7а, предусматривается наличие направляющих канавок 64 и 65, которые выполнены одна напротив другой соответственно в промежуточной стенке 62 и в стенке 63 с обеспечением высокой точности их взаимного расположения и параллельности относительно друг друга и которые используются в качестве направляющих для соответствующей направляющей пластины 66. Направляющие канавки 64 и 65 проходят в радиальном направлении по отношению к продольной оси 3. Указанная направляющая пластина 66 подсоединена при помощи соединительной тяги 67, выполненной из электроизоляционного материала, к приводу (не показан) и может перемещаться вверх в направлении, показанном стрелкой 68. Соединительная тяга 67 пропущена сквозь отверстие в корпусе 5 с обеспечением при этом необходимой герметичности. Предусматривается также наличие направляющих канавок 69 и 70, которые выполнены посредством фрезерования в направляющей пластине 66 и которые служат в качестве направляющих для концевой части стержня 71, вставляемого в эти канавки. Стержень 71 установлен одним концом в вильчатом держателе 72, который жестко соединен с контактным штырем 14. Как показано на фиг.7с, вильчатый держатель 72 охватывает собой направляющую пластину 66 таким образом, чтобы стержень 71 мог вводиться в зацепление с направляющими канавками 69 и 70 сверху. Конструкция вильчатого держателя 72 выполнена таким образом, чтобы стержень 71 не мог самостоятельно выйти из зацепления с направляющими канавками 69 и 70. Осевое направление движения вильчатого держателя 72 задается отверстием в промежуточной стенке 62, сквозь которое он пропущен.

Как показано на фиг.7b и 7с, предусматривается также наличие дополнительных направляющих канавок 73 и 74, которые выполнены соответственно в промежуточной стенке 62 и в стенке 63 с обеспечением параллельного их расположения относительно направляющих канавок 64 и 65 на некотором расстоянии от них и которые используются в качестве направляющих для соответствующей направляющей пластины 75. Указанная направляющая пластина 75 подсоединена при помощи соединительной тяги 76, выполненной из электроизоляционного материала, к приводу (не показан) и может перемещаться в направлении стрелки 77. Соединительная тяга 76 пропущена с обеспечением при этом необходимой герметичности сквозь отверстие, выполненное в стенке корпуса 5. Предусматривается также наличие направляющих канавок 78 и 79, которые выполнены посредством фрезерования в направляющей пластине 75 и которые служат в качестве направляющих для концевой части стержня 80, вставляемого в эти канавки. Стержень 80 установлен одним концом в вильчатом держателе 81, который жестко соединен с кольцом 17. Как показано на фиг.7с, вильчатый держатель 81 охватывает собой направляющую пластину 75 таким образом, чтобы стержень 80 мог вводиться в зацепление с направляющими канавками 78 и 79 сверху. Конструкция вильчатого держателя 81 выполнена таким образом, чтобы стержень 80 не мог самостоятельно выйти из зацепления с направляющими канавками 78 и 79. Осевое направление движения вильчатого держателя 81 задается отверстием в промежуточной стенке 62, сквозь которое он пропущен.

Для того чтобы предотвратить перекос кольца 17 во время перемещения контактов 11 для пропускания номинального тока и поршней 21, предусматривается наличие дополнительно такой же направляющей пластины 82 с другой стороны от направляющей пластины 66 и на таком же расстоянии от нее, как и направляющая пластина 75, причем эта дополнительная направляющая пластина имеет точно такую же конструкцию и приводится в движение в заданном направлении точно таким же образом, что и направляющая пластина 75, и поэтому нет никакой необходимости рассматривать здесь подробно все это снова еще раз.

Направляющая пластина 66, предназначенная для приведения в действие контактного штыря 14, показана схематично на фиг.8а. Стрелками 83 в направляющей канавке 69 показано направление, в котором перемещается стержень 71, когда направляющая пластина 66 оттягивается вверх при разъединении выключателя 1 электропитания. С помощью стержня 71 осуществляется при этом перемещение вильчатого держателя 72, а вместе с ним – и контактного штыря 14 в осевом направлении в сторону разъединения. Скорость движения привода и криволинейная форма направляющей канавки 69 подбираются таким образом, чтобы контактный штырь 14 совершал движение, описываемое кривой С, представленной на фиг.6.

Незадолго до того, как контактный штырь 14 придет в свое разъединенное положение, происходит отжимание заслонки 84, которая находится под воздействием пружины (не показана), с преодолением при этом противодействия, оказываемого силой сжатия указанной пружины, и утапливанием ее в соответствующем углублении, выполненном в стенке направляющей канавки 69, благодаря чему стержень 71 может пройти дальше. Как только стержень 71 пройдет мимо заслонки 84, происходит возврат заслонки 84 в положение блокирования направляющей канавки 69, и стержень 71 перемещается назад в положение, показанное на фиг.8а, под воздействием усилия, создаваемого пружиной (не показана). Во время включения, когда направляющая пластина 66 отжимается вниз, стержень 71 перемещается в направлении, указанном стрелкой 85, по направляющей канавке 70. Диаграмма движения, совершаемого выключателем в соответствии с этим вторым вариантом исполнения при его включении, будет таким образом, несколько отличаться от такой же диаграммы, построенной для первого варианта исполнения выключателя 1 электропитания. Незадолго до того, как контактный штырь 14 придет в свое замкнутое положение, происходит отжимание заслонки 86, которая находится под воздействием пружины (не показана), с пути следования стержня с преодолением при этом противодействия, оказываемого силой сжатия указанной пружины, благодаря чему стержень 71 может теперь пройти дальше. Как только стержень 71 пройдет мимо заслонки 84, происходит возврат заслонки 86 в положение блокирования направляющей канавки 70, а контактный штырь 14 и вместе с ним стержень 71 будут теперь находиться в окончательном положении включения.

Направляющая пластина 75, предназначенная для приведения в действие контактов 11 для пропускания номинального тока, а также поршней 21, представлена схематично на фигуре 8b. Стрелкой 87 в направляющей канавке 78 показано направление, в котором перемещается стержень 80, когда направляющая пластина 75 оттягивается вверх при разъединении выключателя 1 электропитания. С помощью стержня 80 при этом осуществляется перемещение вильчатого держателя 81, а вместе с ним и кольца 17 в осевом направлении в сторону разъединения. Скорость движения привода и криволинейная форма направляющей канавки 78 подбираются таким образом, чтобы кольцо 17, а вместе с ним также и контакты 11 для пропускания номинального тока совершали движение, описываемое кривой В, представленной на фиг.6. Незадолго до того, как контакты 11 для пропускания номинального тока придут в свое разомкнутое положение, происходит отжимание заслонки 88, которая находится под воздействием пружины (не показана), в сторону с преодолением при этом противодействия, оказываемого силой сжатия указанной пружины, благодаря чему стержень 80 может теперь пройти дальше. Как только стержень 80 пройдет мимо заслонки 88, происходит возврат заслонки 88 в положение блокирования направляющей канавки 78. Во время включения, когда направляющая пластина 75 отжимается вниз, стержень 80 перемещается в направлении, указанном стрелкой 89, по направляющей канавке 79. Диаграмма движения, совершаемого в этом втором варианте исполнения выключателя электропитания при его включении, будет, таким образом, несколько отличаться от такой же диаграммы, построенной для первого варианта исполнения выключателя 1 электропитания. Незадолго до того, как контакты 11 для пропускания номинального тока придут в свое замкнутое положение, происходит отжимание заслонки 90, которая находится под воздействием пружины (не показана), с пути следования стержня с преодолением при этом противодействия, оказываемого силой сжатия указанной пружины, благодаря чему стержень 80 может теперь пройти дальше. Как только стержень 80 пройдет мимо заслонки 90, происходит возврат заслонки 90 в положение блокирования направляющей канавки 79, и контакты 11 для пропускания номинального тока, а вместе с ними и стержень 80 будут теперь находиться в своем положении включения. Как уже было отмечено в приведенном здесь выше описании, направляющая пластина 82 имеет точно такую же конструкцию, как и направляющая пластина 75, только что рассмотренная выше.

Для того чтобы уменьшить количество герметичных втулок, устанавливаемых под соединительные тяги 67 и 76, можно скомбинировать эти рабочие элементы друг с другом, обеспечив при этом совместное их действие, во внутреннем пространстве корпуса 5, благодаря чему потребуется установить всего лишь одну единственную втулку такого типа в соответствующем сквозном отверстии, выполненном в стенке корпуса 5. Однако возможен также и такой вариант, в котором перемещение контактного штыря 14 и контактов 11 для пропускания номинального тока осуществляется при помощи двух отдельных приводов с тем, чтобы таким путем добиться получения более широкого диапазона движения с обеспечением при этом возможности регулировки.

На фиг.9а и 9b показан выключатель 1 электропитания, находящийся в таком положении, которое приблизительно соответствует положению, занимаемому им в момент времени Т₄ на диаграмме, представленной на фиг.6. На фиг.9а показано действие контактного штыря 14, а на фиг.9b показаны контакты 11 для пропускания номинального тока, находящиеся в положении своей мертвой точки. Дуга 61 зажигается между эрозионностойким контактным пальцевым устройством 13 и контактным штырем 14, нагревая при этом зону 26 дугообразования, а вместе с ней также и накопительный объем 24. Однако горячий газ при этом уже частично вышел из зоны 26 дугообразования и т.д., как это уже было изложено в приведенном выше описании. На фиг.10а и 10b показан второй вариант исполнения выключателя 1 электропитания, представленный в упрощенном виде и в таком состоянии, когда все его контактные детали окончательно разомкнуты.

Выключатель 1 электропитания рассчитан на исключительно большие токи и, в частности, также на большие номинальные токи и токи короткого замыкания, к примеру на такие токи, которые могут наблюдаться, например, на электростанциях в цепи генератора. В частности, если в случае возникновения какой-либо неисправности появляются большие токи короткого замыкания, то во всех металлических частях, находящихся вблизи от пути прохождениям этих токов, могут тогда возникать блуждающие токи. В связи с этим было установлено, что для того, чтобы избежать повреждений, вызываемых блуждающими токами, имеет смысл спроектировать металлические детали приводного рычажного механизма 4, полностью исключив при этом всякую возможность какого-либо непосредственного контакта между металлическими поверхностями этих деталей.

Рассмотренные в приведенном выше описании различные последовательности осуществления движений могут быть также весьма легко и просто обеспечены при помощи гидравлического привода. Этот привод позволяет получить особо существенные преимущества во всех тех случаях, когда гидравлические управляющие системы уже применяются для каких-либо других целей, как это имеет место для множества существующих электростанций, так как при этом отпадает необходимость в создании отдельной гидравлической системы, что открывает возможности для разработки еще одного экономически эффективного варианта привода.

Формула изобретения

1. Выключатель электропитания, содержащий, по меньшей мере, одну разрядную камеру (2), которая заполнена изолирующей средой, в частности газом SF₆, имеет осевую симметрию, расположена вдоль продольной оси (3), имеет контур для пропускании тока силовой цепи с центральным контактным штырем (14), отдельный контур для пропускания номинального тока, который снабжен контактами (11) для пропускания номинального тока, а также приводной рычажный механизм (4) приведения в действие контактного штыря (14) и контактов (11) для пропускания номинального тока, отличающийся тем, что приводной рычажной механизм (4) выполнен таким образом, что в начальный момент процесса разъединения контактный штырь (14) остается в положении первой мертвой точки до тех пор, пока не прервется контур для пропускания номинального тока, причем контактный штырь (14) перемещается в направлении разъединения с более высокой средней скоростью, чем контакты (11) для пропускания номинального тока, а контакты (11) для пропускания номинального тока выполнены с возможностью перемещения в положение второй мертвой точки по направлению к концу своего хода разъединения, при этом контактный штырь (14) не приходит в свое разомкнутое положение до тех пор, пока контакты (11) для пропускания номинального тока не закончат перемещение в направлении разъединения.

2. Выключатель электропитания по п.1, отличающийся тем, что в начальный момент процесса соединения контакты (11) для пропускания номинального тока остаются в указанном положении второй мертвой точки до тех пор, пока не произойдет предварительное возбуждение дуги при включении.

3. Выключатель электропитания по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно первое устройство в виде цилиндра с поршнем, который выполнен с возможностью перемещения с обеспечением связи между ним и контактами (11) для пропускания номинального тока, причем внутри этого устройства находится часть изолирующей среды, сжимаемой в камере (22) сжатия под воздействием поршня (21) во время разъединения.

4. Выключатель электропитания по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что выполнен с обеспечением, по меньшей мере, частичного использования кинетической энергии, которой обладают контакты (11) к концу их хода разъединения, при помощи приводного рычажного механизма (4) для ускорения движения контактного штыря (14).

5. Выключатель электропитания по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что общая величина хода и средняя скорость перемещения контактного штыря (14) больше, чем общая величина хода и средняя скорость перемещения контактов (11) для пропускания номинального тока.

6. Выключатель электропитания по п.5, отличающийся тем, что выполнен с возможностью приведения в движение контактного штыря (14) с максимальными скоростями при соединении и разъединении в пределах от 10 до 20 м/с, а также приведения в движение контактов (11) для пропускания номинального тока с максимальными скоростями при соединении и разъединении в пределах от 2 до 6 м/с.

7. Выключатель электропитания по любому из пп.3-6, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно второе устройство, выполненное в виде цилиндра с поршнем, внутри которого находится часть изолирующей среды, занимающая объем (32) сжатия, где происходит ее сжатие под воздействием поршня (30), имеющего связь с контактным штырем (14), во время разъединения с обеспечением использования данной среды для задувания дуги, при этом объем (32) сжатия приспособлен для использования также в качества объема, обеспечивающего пневматическое демпфирование при подходе контактного штыря (14) к концу пути своего движения во время размыкания.

8. Выключатель электропитания по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что приводной рычажный механизм (4) содержит два рычажных элемента, первый из которых обеспечивает действие контактов (11) для пропускания номинального тока, а также поршней (21), а второй обеспечивает действие контактного штыря (14).

9. Выключатель электропитания по п.8, отличающийся тем, что указанные два рычажных элемента шарнирно скреплены с соответствующим плечом коленчатого рычага (38), который выполнен с возможностью поворота на своем конце при вершине относительно неподвижной оси (34) вращения, при этом каждый из указанных двух рычажных элементов выполнен с возможностью перемещения по одной и той же траектории своего движении, но в каждом случае в противоположном направлении как во время разъединения, так и во время соединения.

10. Выключатель электропитания по п.8, отличающийся тем, что в первом рычажном элементе рычаг (41) соединяет коленчатый рычаг (38) с первым плечом второго коленчатого рычага (43), который имеет возможность поворота относительно второй неподвижной оси (35) вращения, размещенной на его конце, при этом второе плечо второго коленчатого рычага (43) соединено при помощи рычага (45) с точкой (46) вращения на кольце (17), причем в указанном втором рычажном элементе рычаг (47) соединяет коленчатый рычаг (38) с первым плечом третьего коленчатого рычага (49), который имеет возможность поворота относительно третьей неподвижной оси (36) вращения, размещенной на его конце, а второе плечо указанного третьего коленчатого (49) рычага соединено при помощи рычага (51) с подвижной точкой (52) вращения на конце четвертого коленчатого рычага (53), при этом первое плечо четвертого коленчатого рычага (53) имеет возможность поворота относительно четвертой неподвижной оси вращения (37), тогда как второе плечо шарнирно соединено при помощи рычага (55) с точкой (56) вращения, которая имеет возможность перемещения в осевом направлении и расположена на контактном штыре (14).

11. Выключатель электропитания по п.8, отличающийся тем, что первый рычажный элемент снабжен первой подвижной направляющей пластиной (66), второй рычажный элемент снабжен, по меньшей мере, одной второй подвижной направляющей пластиной (75), при этом первая направляющая пластина (66) и, по меньшей мере, одна вторая направляющая пластина (75, 82) выполнены с возможностью приведения их в движение совместно или по отдельности.

12. Выключатель электропитания по п.11, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из двух рычажных элементов выполнен с возможностью перемещения, по меньшей мере, по частично разной траектории своего движения во время разъединения и во время соединения.

13. Выключатель электропитания по п.11 или 12, отличающийся тем, что содержит две вторые направляющие пластины (75, 82), каждая из которых расположена на одном и том же расстоянии от указанной первой направляющей пластины (66) и по разные стороны от нее.

14. Выключатель электропитания по любому из пп.11-13, отличающийся тем, что в направляющих пластинах (66, 75, 82) выполнены направляющие канавки (69, 70, 78, 79), при этом каждая из направляющих пластин (66, 75, 82) содержит стержень (71, 80), который вводится в зацепление с соответствующей направляющей канавкой (69, 70, 78, 79), причем указанные стержни (71, 80) удерживаются в вильчатых держателях (72, 81), направление движения которых задано параллельным продольной оси (3).

15. Выключатель электропитания по п.14, отличающийся тем, что направляющие канавки (69, 70, 78, 79) снабжены заслонками (84, 86, 88, 90), с помощью которых направление движения стержня (71, 80) задано таким образом, чтобы он имел возможность перемещаться по разной траектории своего движения во время соединения и во время разъединения.

РИСУНКИ