Линейный контактный узел для разъединителя высокого напряжения (варианты), дугогасящее устройство для этого разъединителя и разъединитель высокого напряжения (варианты)
Полезная модель относится к электротехническим устройствам. Линейный контактный узел для разъединителя высокого напряжения включает в себя смонтированные на опорном основании первый опорный изолятор, на верхнем свободном конце которого закреплены контактные губки токопроводящей шины, и второй опорный изолятор, на верхнем свободном конце которого закреплена токопроводящая шина с поворотно установленным контактным ножом с контактной площадкой для взаимодействия с контактными губками на первом опорном изоляторе. Контактный нож выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из положения размещения контактной площадки в контактных губках на первом опорном изоляторе в положение размещения контактной площадки в контактных губках заземляющей шины, при этом контактный нож снабжен дополнительным изолятором, одним концом связанным с приводом его поворота в вертикальной плоскости и другим концом с контактным ножом в точке, расположенной между осью вращения ножа и местом размещения контактной площадки на этом ноже. Узел снабжен дугогасящим устройством, выполненным в виде закрепленной на контактном ноже пружины, конец витка которой с одной стороны пружины выполнен в виде упругодеформируемого прутка, уложенного вдоль контактного ножа с выходом его конца за габарит ножа по длине и с возможностью упругого отгибания вверх от этого ножа. Контактные губки заземляющей шины закреплены на опорном основании на стороне размещения второго опорного изолятора и ниже уровня крепления этого опорного изолятора на этом основании, а второй опорный изолятор и дополнительный изолятор расположены наклонно в сторону первого опорного изолятора. 7 ил.
Полезная модель относится к электротехническим устройствам, а именно к разъединителям высокого напряжения наружной установки и предназначена для включения и отключения находящихся под напряжением участков электрической цепи линий высокого напряжения наружного размещения не только при отсутствии нагрузочного тока, но и при наличии последнего, а также заземления отключенных участков этих линий.
Предназначение разъединителей - отключать участки цепи, находящиеся без нагрузки, создавая тем самым видимый разрыв на линии. Это необходимо для соблюдения безопасности работающего на отключенном участке персонала. Согласно ГОСТ Р 52726-2007 разъединитель - контактный коммутационный аппарат, который обеспечивает в отключенном положении изоляционный промежуток, удовлетворяющий нормированным требованиям. Разъединитель способен размыкать и замыкать цепь при малом токе или малом изменении напряжения на выводах каждого из его полюсов. Он также способен проводить токи при нормальных условиях в цепи и проводить в течение нормированного времени токи при ненормальных условиях, таких как короткое замыкание.
Известны многочисленные устройства для включения и отключения, находящихся под напряжением участков электрической цепи высокого напряжения. Многочисленность таких устройств обусловлена разнообразием конкретных условий эксплуатации. Так известны разъединители по RU 79723, H02B 1/00, RU 2035784, H01H 31/00, RU 2150763, H01H 31/00, H02B 1/04, выполненные с опорно-поворотным изолятором с контактным ножом наверху. Данные разъединители широко применяются в системах передачи высокого напряжения. Но все они имеют недостатки, выраженные в невысокой надежности работы в условиях наружного размещения, низкой безопасности эксплуатации и повышенной трудоемкости в обслуживании. В частности, слабым местом является конструкция контактных пар (контактных площадок) токопроводящего контура. Выполнение на концах контактных ножей крюков и/или колец для улучшения контакта не является оптимальным конструкторским решением, обеспечивающим достаточно надежный электрический контакт, что может приводить к образованию микродуг при замыкании контура и, следовательно, к повышению сопротивления контактной пары. Последнее в свою очередь повышает вероятность дугообразования.
Некоторые эти недостатки решены в известном разъединителе высокого напряжения для трехфазной силовой системы, включающем раму, представляющую собой горизонтально расположенную стальную прямоугольную сварную конструкцию с тремя опорными поперечными балками, три вертикально расположенных опорных изолятора, неподвижно закрепленных на концах опорных балок по одну сторону рамы, на верхнем фланце каждого из которых неподвижно закреплена токопроводящая шина с контактными губками на конце, три вертикально расположенных опорных изолятора, неподвижно закрепленных на концах опорных балок по другую сторону рамы, на верхнем фланце каждого из которых одним концом подвижно закреплена токопроводящая шина в виде подвижного контактного ножа, имеющего на другом конце контактную площадку, три изолятора, закрепленные на тягах, соединенных с механизмом вертикального перемещения, на верхних фланцах каждого из которых подвижно закреплена второй точкой токопроводящая шина в виде подвижного контактного ножа в положении, обеспечивающим необходимое перемещение контактного ножа в вертикальной плоскости, заземляющий контур, представляющий собой заземляющие шины с контактными губками, при этом расстояние между токопроводящей шиной, неподвижно закрепленной на верхнем фланце изолятора и верхним краем губок заземляющей шины, расположенной ниже соответствующего изолятора, составляет 440-500 мм, подвижный контактный нож в нейтральном положении расположен между контактными губками шин заземляющего контура и контактными губками шин, неподвижно закрепленных на верхнем фланце изоляторов, токопроводящие шины, расположенные поверх изоляторов и все контактные губки выполнены из материалов на основе меди, наружные плоскости контактных губок подпружинены с помощью плоских пластин из упругой стали, а на верхнем фланце изолятора с подвижно закрепленной токопроводящей шиной в виде подвижного контактного ножа ниже места его закрепления выполнена дополнительная изоляционная пластина (RU 118791, H01H 31/00, опубл. 27.12.2012). Данное решение принято в качестве прототипа для заявленных объектов.
Особенным достоинством известного разъединителя в плане осуществления безопасности эксплуатации является возможность нахождения контактного ножа в нейтральном положении, что бывает необходимо в отдельных случаях проведения монтажных работ. Кроме того для замыкания токопроводящего контура контактный нож движется снизу вверх, что снижает вероятность неконтролируемого или случайного замыкания токопроводящего контура. Аналогично повышает безопасность эксплуатации и расположение контактных губок заземляющего контура, которые располагаются ниже нейтрального положения контактного ножа. В соответствие с этим для замыкания заземляющего контура контактный нож движется сверху вниз, что также снижает возможность неконтролируемого или случайного размыкания контура. Эти конструктивные особенности позволяют повысить безопасность эксплуатации и снизить трудоемкость обслуживания.
Однако, в известном решении имеется ряд серьезных недостатков, которые приводят к эксплуатационной ненадежности разъединителя, которые проявляются с увеличением времени его эксплуатации. Это обусловлено тем, что любая механическая система рычажного вида в процессе эксплуатации приобретает износную и усталостную ошибку, которая нарабатывает в сторону увеличения. В известном решении предполагается наличие заземляющего контура, выполненного в виде контактных губок заземляющих шин. При этом эти контактные губки расположены по ходу движения подвижных контактных ножей на стороне трех вертикально расположенных опорных изоляторов, неподвижно закрепленных на концах опорных балок на противоположной стороне рамы. При движении вниз свободный конец контактного ножа по дуге перемещается вниз и должен попасть между контактными губками, направление которых по углу положения выбрано так, что свободный конец ножа должен быть утоплен в этих губках. Но на практике возможны случаи, когда этот свободный конец ножа может не дойти до губок, или войти в них с ударом, или губки будут засорены и т.д. Часть этих вариантов может быть результатом неполного срабатывания привода перемещения ножей, обусловленного износом связей, а часть этих вариантов может быть результатом того, что размеры посадочного гнезда контактных губок в результате износа увеличились и не дают полного контакта. Попадание свободного конца ножа в гнездо губок при угловом перемещении требует точной настройки системы позиционирования подвижного ножа на изоляторе: любые отклонения оси вращения ножа при эксплуатации увеличивает этот угол отклонения, в результате чего нож опускается вниз не в вертикальной плоскости, проходящей через губки, а в плоскости, имеющей угловое отклонение от требуемой траектории перемещения. Это приводит к разбалтыванию всей системы и к ее преждевременному износу.
Кроме того, базой, на которой вся система разъединителя смонтирована, является рама, но на этой раме все изоляторы установлены вертикально вверх и консольно закрепленными. Надо учесть, что изоляторы работают под механическим напряжением и динамической нагрузкой от перемещающихся ножей и привода. При этом крайние изоляторы с каждой стороны рамы смонтированы на консольных участках поперечин рамы. При работе разъединителя в режиме динамических контактов с ножом эти изоляторы подвергаются воздействию, приводящему к их качанию (отклонению от вертикали) относительно точки консольного закрепления. Эти нагрузки так же передаются на консоли поперечин, которые не имеют опоры по свободным концам. В результате, крайне расположенные изоляторы, являющиеся опорными элементами для ножей, сами не имеют устойчивой опоры на раме (в диапазоне упругих деформаций материала поперечин). Это влияет на геометрию взаимно связанного позиционирования всех элементов в каждом линейном узле разъединителя.
В известной конструкции разъединителя достижение заданного расстояния между контактной площадкой ножа и губками на первом опорном изоляторе в режиме разъединения цепи обеспечивается при вертикальном положении второго опорного изолятора. В связи с этим, чтобы обеспечить указанное расстояние необходимо поднять высоту второго опорного изолятора относительно рамы, что достигается введением изоляционной пластины под изолятором. Для получения большого по величине расстояния, толщина этой пластины должна быть достаточно большой. Это увеличивает массо-габаритные показатели разъединителя.
Так же известный разъединитель не может использоваться для отключения находящихся под напряжением участков электрической цепи линий высокого напряжения при наличии нагрузочного тока, так как в этом случае происходит дугообразное возгорание.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и безопасности отключения цепи под нагрузкой за счет введения дугогасящего устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что линейный контактный узел для разъединителя высокого напряжения, включающий в себя смонтированные на опорном основании два опорных изолятора, на первом из которых закреплены контактные губки токопроводящей шины, а на втором из которых закреплена токопроводящая шина с поворотно установленным контактным ножом для взаимодействия с контактными губками на первом опорном изоляторе, контактный нож выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из первого положения размещения в контактных губках на первом опорном изоляторе во второе положение размещения в контактных губках заземляющей шины, контактный нож связан с дополнительным изолятором, другой конец которого связан с приводом его поворота в вертикальной плоскости, при этом контактный нож связан с дополнительным изолятором в точке, расположенной между осью вращения этого ножа и местом размещения контакта этого ножа с подвижными губками на первом опорном изоляторе, снабжен дугогасящим устройством, выполненным в виде закрепленной на контактном ноже пружины, конец витка которой с одной стороны пружины выполнен в виде упругодеформируемого прутка, уложенного вдоль контактного ножа с выходом его конца за габарит ножа по длине и с возможностью упругого отгибания вверх от этого ножа при перемещении контактного ножа из первого положения во второе положение.
Указанный технический результат так же достигается тем, что линейный контактный узел для разъединителя высокого напряжения, включающий в себя смонтированные на опорном основании первый опорный изолятор, на верхнем свободном конце которого закреплены контактные губки токопроводящей шины, и второй опорный изолятор, на верхнем свободном конце которого закреплена токопроводящая шина с поворотно установленным контактным ножом с контактной площадкой для взаимодействия с контактными губками на первом опорном изоляторе, контактный нож выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из положения размещения контактной площадки в контактных губках на первом опорном изоляторе в положение размещения контактной площадки в контактных губках заземляющей шины, при этом контактный нож снабжен дополнительным изолятором, одним концом связанным с приводом его поворота в вертикальной плоскости и другим концом с контактным ножом в точке, расположенной между осью вращения ножа и местом размещения контактной площадки на этом ноже, снабжен дугогасящим устройством, выполненным в виде закрепленной на контактном ноже пружины, конец витка которой с одной стороны пружины выполнен в виде упругодеформируемого прутка, уложенного вдоль контактного ножа с выходом его конца за габарит ножа по длине и с возможностью упругого отгибания вверх от этого ножа, контактные губки заземляющей шины закреплены на опорном основании на стороне размещения второго опорного изолятора и ниже уровня крепления этого опорного изолятора на этом основании, второй опорный изолятор и дополнительный изолятор расположены наклонно в сторону первого опорного изолятора. Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Указанный технический результат достигается тем, что в разъединителе высокого напряжения, включающем раму, на которой смонтированы по крайней мере два линейных контактных узла, каждый из которых включает в себя смонтированные на противоположных сторонах рамы два опорных изолятора, на первом из которых закреплены контактные губки токопроводящей шины, а на втором из которых закреплена токопроводящая шина с поворотно установленным контактным ножом для взаимодействия с контактными губками на первом опорном изоляторе, контактный нож выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из первого положения размещения в контактных губках на первом опорном изоляторе во второе положение размещения в контактных губках заземляющей шины, контактный нож связан с дополнительным изолятором, другой конец которого связанным с приводом его поворота в вертикальной плоскости, при этом контактный нож связан с дополнительным изолятором в точке, расположенной между осью вращения этого ножа и местом размещения контакта этого ножа с подвижными губками на первом опорном изоляторе, каждый линейный контактный узел снабжен дугогасящим устройством, выполненным в виде закрепленной на контактном ноже пружины, конец витка которой с одной стороны пружины выполнен в виде упругодеформируемого прутка, уложенного вдоль контактного ножа с выходом его конца за габарит ножа по длине и с возможностью упругого отгибания вверх от этого ножа при перемещении контактного ножа из первого положения во второе положение.
Указанный технический результат достигается тем, что в разъединителе высокого напряжения, включающем раму, на которой смонтированы по крайней мере два линейных контактных узла, каждый из которых включает в себя смонтированные на противоположных сторонах рамы два опорных изолятора, на первом из которых закреплены контактные губки токопроводящей шины, а на втором из которых закреплена токопроводящая шина с поворотно установленным контактным ножом для взаимодействия с контактными губками на первом опорном изоляторе, контактный нож выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из первого положения размещения в контактных губках на первом опорном изоляторе во второе положение размещения в контактных губках заземляющей шины, контактный нож связан с дополнительным изолятором, другой конец которого связанным с приводом его поворота в вертикальной плоскости, при этом контактный нож связан с дополнительным изолятором в точке, расположенной между осью вращения этого ножа и местом размещения контакта этого ножа с подвижными губками на первом опорном изоляторе, каждый линейный контактный узел снабжен дугогасящим устройством, выполненным в виде закрепленной на контактном ноже пружины, конец витка которой с одной стороны пружины выполнен в виде упругодеформируемого прутка, уложенного вдоль контактного ножа с выходом его конца за габарит ножа по длине и с возможностью упругого отгибания вверх от этого ножа при перемещении контактного ножа из первого положения во второе положение, при этом в каждом линейном контактном узле контактные губки заземляющей шины прикреплены к раме на стороне размещения второго опорного изоляторов и ниже уровня крепления этого изолятора, а второй опорный изолятор и дополнительный изолятор расположены наклонно в сторону первого опорного изолятора.
Указанный технический результат достигается тем, что дугогасящее устройство для разъединителя высокого напряжения выполнено в виде закрепленной на контактном ноже пружины, конец витка которой с одной стороны пружины выполнен в виде упругодеформируемого прутка, уложенного вдоль контактного ножа с выходом его конца за габарит ножа по длине и с возможностью упругого отгибания вверх от этого ножа при перемещении контактного ножа из положения размещения в подвижных губках на опорном изоляторе в положение размещения в контактных губках заземляющей шины.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 изображена кинематическая схема линейного контактного узла одной фазы разъединителя;
фиг. 2 - изображено положение элементов линейного контактного узла одной фазы разъединителя при разрывании цепи;
фиг. 3 - изображено положение элементов линейного контактного узла одной фазы разъединителя при замыкании с заземляющим контуром;
фиг. 4 - показан механизм ускорителя переключения;
фиг. 5 - показан ловитель прутка пружины дугогасящего устройства;
фиг. 6 - показано положение контактного ножа в губках заземляющего контура;
фиг. 7 - общий вид трехфазного разъединителя, собранного на раме.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция разъединителя высокого напряжения наружной установки, предназначенного для включения и отключения находящихся под напряжением участков электрической цепи линий высокого напряжения при отсутствии или при наличии нагрузочного тока, а также заземления отключенных участков этих линий. Разъединитель двухфазный или трехфазный (в зависимости от типа сети) включает в себя несколько линейных контактных узлов для одной фазы, выполненные одинаково и собранные на общей раме (на общем опорном основании, выполненном с площадками для закрепления опорных изоляторов) в коммутационную конструкцию.
Каждый линейный контактный узел для одной фазы (фиг. 1 и 2) размещен на раме 1 и включает в себя вертикально ориентированный один опорный изолятор 2, на верхнем свободном конце которого закреплены контактные губки 3 токопроводящей шины 4, и один опорный изолятор 5, на верхнем свободном конце которого закреплена токопроводящая шина 6 с контактным ножом 7 с контактной площадкой 8 для взаимодействия с контактными губками 3 на первом опорном изоляторе 2. Опорные изоляторы 2 и 5 установлены на расстоянии друг от друга. При этом второй опорный изолятор 5, несущий токопроводящую шину 6, с которой поворотно (на горизонтальном шарнире или оси 9) соединен контактный нож 7, расположен наклонно в сторону первого опорного изолятора 2. Контактный нож 7, обладающий возможностью поворота относительно токопроводящей шины 6, связан с этой неподвижной токопроводящей шиной 6 посредством медного шлейфа 10.
Контактный нож 7 выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из положения размещения его контактной площадки 8 в подвижных губках 3 в положение размещения контактной площадки 8 в контактных губках 11 заземляющей шины 12. A контактные губки 11 заземляющей шины 12 прикреплены к раме на стороне размещения второго (наклонного) опорного изолятора 5 и ниже уровня крепления опорных изоляторов на раме. Причем контактный нож 7 снабжен дополнительным изолятором 13, связанным с приводом 14 поворота (привод, например, может быть выполнен в виде системы рычагов 15, обеспечивающей два крайних рабочих положения и одно нейтральное) контактного ножа в вертикальной плоскости и с контактным ножом в точке A, расположенной между осью 9 вращения этого ножа на втором опорном изоляторе и местом размещения контактной площадки 8 на ноже. Подвижный контактный нож линейного узла разъединителя имеет три положения - положение замыкания заземляющего контура, нейтральное положение и положение замыкания токопроводящего контура. Дополнительный изолятор 13, так же расположен наклонно в сторону первого опорного изолятора 2 и, по сути, параллельно наклону второго опорного изолятора 5. Дополнительный изолятор не проходит в отверстии лонжерона или поперечины (балки, швеллера), что уменьшает вероятность обледенения изолятора внутри рамы.
В данной конструкции расстояние между токопроводящей шиной 4, неподвижно закрепленной на верхнем фланце первого опорного изолятора 2 и верхним краем губок 11 заземляющей шины 12, расположенной ниже соответствующего второго опорного изолятора 5, составляет не менее 440-500 мм. При этом для увеличения хода контактного ножа и обеспечения его в практически вертикальном опущенном вниз положении (в режиме контакта с заземляющей шиной) дополнительный изолятор связан шарнирно (шарнир 16) с одним плечом рычага 17, другое плечо которого неподвижно закреплено (поз.18) на контактном ноже. Это увеличивает угол наклона ножа, что позволяет существенно увеличить это расстояние до гарантированно непробиваемого при самых неблагоприятных климатических условиях эксплуатации.
В общем случае линейный контактный узел для разъединителя высокого напряжения включает в себя смонтированные на опорном основании два опорных изолятора, на первом из которых закреплены контактные губки токопроводящей шины, а на втором из которых закреплена токопроводящая шина с поворотно установленным контактным ножом для взаимодействия с контактными губками на первом опорном изоляторе. Контактный нож выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из первого положения размещения в подвижных губках на первом опорном изоляторе во второе положение размещения в контактных губках заземляющей шины. Кроме того, контактный нож так же связан с дополнительным изолятором, другой конец которого связан с приводом его поворота в вертикальной плоскости, при этом контактный нож связан с дополнительным изолятором в точке, расположенной между осью вращения этого ножа и местом размещения контакта этого ножа с подвижными губками на первом опорном изоляторе.
Данное алгоритмическое изложение типовой схемы разъединителя включает в себя как исполнение разъединителя со всеми опорными изоляторами 2 и 5, которые расположены вертикально (их продольная ось распложена вертикально), так и исполнение разъединителя с одним из опорных изоляторов 5, расположенным наклонно в сторону другого опорного изолятора 2. Для любой из этих схем исполнения предусматривается включение в схему дугогасящего устройства (фиг. 2, 3 и 5), Это дугогасящее устройство может быть выполнено в виде закрепленной на контактном ноже 7 пружины 20, конец витка которой с одной стороны пружины выполнен в виде упругодеформируемого прутка 21, уложенного вдоль контактного ножа с выходом его конца за габарит ножа по длине и с возможностью упругого отгибания вверх от этого ножа при перемещении контактного ножа из первого положения во второе положение. Применение дугогасящего устройства такой конструкции позволяет отключать находящиеся под напряжением участки электрической цепи линий высокого напряжения при наличии нагрузочного тока (высоковольтной цепи с активной нагрузкой). При размыкании контактов между ними не пробегает искра, что способствует большему сроку службы дорогих медных контактов. Расходным элементом является недорогая пружина дугогасящего устройства. Ось крепления этой пружины внутри контактных (главных) ножей не совмещена с осью поворота этих ножей, что обеспечивает удобство замены пружины без необходимости технологического ремонта или разборки узла поворота контактных ножей. Пружина дугогасящего устройства и пруток этой пружины выполнены, например, из пружинной стали, например 65Г.
Контактные губки на первом опорном изоляторе могут быть выполнены подпружинивающими из плоских упругих стальных пластин. Заземляющий контур выполнен заодно с рамой и состоит из стальных пластин, один конец которых приварен к раме, а на другом закреплены контактные губки, аналогичные губкам шин токоподводящего контура с подпружинивающими плоскими упругими стальными пластинами. Все контактные губки могут быть выполнены из материалов на основе меди (медные детали из электротехнической меди M1 и могут подвергаться оловянированию - это предпочтительно, но не обязательно), наружные плоскости контактных губок подпружинены с помощью плоских пластин из упругой стали. Точная конструкция губок и подпружинивающего их механизма в данной заявке не рассматривается.
Как пример исполнения в заявленном решении предлагается контактные губки на опорном изоляторе и у заземляющей шины выполнять подпружиненными навстречу друг другу за счет витой пружины 22 (фиг. 6), усилие сжатия которой регулируется ходом винта 23, проходящего внутри этой пружины. В этом примере поджатие контактных губок 3 или 11 во включенном и в заземленном положении, соответственно, обеспечивается витыми, а не плоскими пружинами (как в прототипе), усилие сжатия которых может регулироваться ходом винта, проходящего внутри пружины. В прототипе такая регулировка отсутствует.
В качестве опорных изоляторов могут применяться изоляторы, например марки C4-80. В зависимости от величины напряжения могут применяться изоляторы других марок.
Для ускорения выключения или включения каждый линейный контактный узел снабжен пружиной 24 (фиг. 4), связанной одним концом с рамой 1, а другим плечом с рычагом 15 поворота дополнительного изолятора 13 или непосредственно с последним для ускорения перемещения контактного ножа 7 в позицию выключения или включения при переходе через мертвую точку. Для ускорения операции выключения (с целью уменьшения времени протекания тока по пружине при разведенных медных контактах) применяется витая пружина, которая при выключении проходит через мертвую точку и, разжимаясь, быстро уводит главные ножи вниз, при этом «выстреливает» дугогасящая пружина, размыкая цепь. Кроме примера прямого использования пружины можно рассмотреть возможность использования телескопической системы или цилиндра с поршнем, в которых подвижный элемент подпружинен. Такая телескопическая система или цилиндр с поршнем размещаются таким образом между рамой и рычагом дополнительного изолятора или самим этим изолятором, чтобы обеспечить перемещение пружины через мертвую точку при угловом перемещении дополнительного изолятора из одного крайнего положения в другое. Для всех рассмотренных примеров пружина выполняет функцию сервоусилителя пружинного типа или пружинного толкателя или ускорителя.
Для улавливания выстрелившего прутка 21 пружины 20 дугогасящего устройства в верхней части контактных ножей 7 предусмотрены ловители 25 в виде двух отогнутых в разные стороны пластин. А со стороны контактных губок на первом опорном изоляторе расположен узел захвата 26 конца прутка пружины дугогасящего устройства, состоящий из двух изогнутых под углом стальных пластин и третьей стальной пластины с U-образным изгибом на конце, являющимся ложем для конца прутка пружины дугогасящего устройства. Этот узел обеспечивает надежное попадание конца прутка пружины дугогасящего устройства в U-образное ложе 27 при движении контактных ножей вверх, в положение ВКЛ.
Работает линейный узел разъединителя следующим образом (фиг. 2).
Для соединения токопроводящего контура вынимается фиксатор рычажной системы привода. Конец прутка 21 пружины дугогасящего устройства располагается в U-образном ложе 27 контактных губок 3. Для осуществления размыкания токопроводящего контура, т.е. приведения устройства в нерабочее положение в режиме имеющейся в цепи нагрузки с помощью рычажного привода перемещают тяги 15 механизма, приводящего к повороту дополнительного изолятора 13. Последний через рычаг 17 оказывает давление на контактный нож 7 и выводит его из контактных губок 3 на опорном изоляторе 2. При этом конец прутка 21 пружины дугогасящего устройства остается в U-образном ложе 27 контактных губок 3. По мере движения контактного ножа 7 вниз пруток 21 пружины дугогасящего устройства, упруго изгибаясь, отделяется от тела контактного ножа и при этом конец прутка скользит по ложу до момента, пока не выскальзывает из ложа. Такой алгоритм выключения или разъединения контактного ножа с контактными губками позволяет сначала вывести из соединения основной по массе контакт, оставив контакт по прутку, а затем без образования искровой дуги, отделить пруток от губок токопроводящей шины 4.
В момент выхода контактной площадки ножа из контактных губок пружина 24 ускорителя перемещения подходит к мертвой точке и деформируется до максимума и после перехода мертвой точки распрямляется, отдавая накопленную энергию или рычагу 15 дополнительного изолятора или непосредственно самому изолятору. Это приводит к скачкообразному росту скорости перемещения контактного ножа на выходе из контактных губок 3 токопроводящей шины 4. В момент контакта под действием усилия привода и пружины 24 конец прутка 21 выводится силовым образом из приемного ложа. Контакт токопроводящих шин 4 и 6 разомкнут.
Ускоряющее действие пружины 24 нужно для уменьшения времени протекания тока нагрузки через пруток пружины 21, то есть для ускорения акта размыкания цепи. В дальнейшем скорость движения ножа не критична. Поэтому мертвая точка пружины 24 при размыкании проходится практически сразу, а при замыкании в самом конце движения.
Перевод системы в положение соединения контактной цепи осуществляется в обратном порядке.
Данный линейный контактный узел для одной фазы в количестве двух или трех (в зависимости от количества фаз в сети) монтируется на раме 1 (фиг. 3). Рама состоит из лонжеронов 28 с прикрепленными к ним поперечинами 29. Рама представляет собой конструкцию, в которой концы 30 поперечин 29 на каждой стороне рамы жестко связаны между собой и с лонжеронами или напрямую с лонжеронами. Например, рама может представлять собой горизонтально расположенную стальную сварную конструкцию (фиг. 7), состоящую из лонжеронов 28 с прикрепленными к ним поверх лонжеронов поперечинами 29, концы 30 которых выведены за лонжероны. В этой раме концы 30 поперечин 29 жестко по каждой боковой стороне рамы связаны между собой продольными элементами 31 и подкреплены укосинами 32, связывающими концы 30 поперечин с лонжеронами 28. В другом варианте исполнения концы поперечин 20 рамы могут быть жестко по каждой боковой стороне соединены с лонжеронами 28 непосредственно с образованием прямоугольной в плане рамы (то есть поперечины расположены не над лонжеронами, как в первом варианте исполнения, а между лонжеронами). При любом исполнении рамы исключается консольное крепление концов поперечин, что исключает возможность их упругой деформации и колебаний и передачи этих колебаний консольно закрепленным опорным изоляторам. В этом случае опорные изоляторы, закрепленные по краям поперечин, сохраняют вертикальное положение своей продольной оси и, соответственно, положение контактных губок по отношению к траектории перемещения контактной площадки ножа. Несмотря на то, что в процессе эксплуатации возможен износ оси вращения контактного ножа (что приведет к некоторому изменению траектории перемещения ножа - отклонение от вертикальной плоскости), снижается вероятность непопадания контактной площадки ножа в зев контактных губок. Рама и все металлические детали изготавливаются из обычной стали и затем подвергаются цинкованию. Возможно применение и других способов защиты, например окрашивание, в частности порошковым методом или окунанием в краску.
В собранной конструкции разъединителя, представленной на фиг. 7 для трехфазного варианта его исполнения, на первой поперечине закреплены вертикально ориентированные три (для двухфазного варианта исполнения - два) опорных изолятора, на верхнем свободном конце каждого из которых закреплены контактные губки токопроводящей шины, а на второй поперечине смонтированы с наклоном в сторону первых изоляторов три опорных изолятора, на верхнем свободном конце каждого из которых закреплена токопроводящая шина в виде контактного ножа с контактной площадкой для взаимодействия с контактными губками на опорных изоляторах на первой поперечине. Крайние в этой схеме трехфазного разъединителя опорные изоляторы размещены по краям поперечин, а в варианте двухфазного разъединителя все опорные изоляторы размещены по краям поперечин.
Каждый контактный нож выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из положения размещения контактной площадки в контактных губках в положение размещения контактной площадки в контактных губках заземляющей шины. Каждый контактный нож снабжен дополнительным изолятором, связанным с приводом поворота контактного ножа в вертикальной плоскости и с контактным ножом в точке, расположенной между осью вращения каждого ножа на соответствующем опорном изоляторе и местом размещения контактной площадки на ноже. Каждый дополнительный изолятор в этой схеме связан со своим контактным ножом через жестко закрепленный на этом ноже двуплечий рычаг по принципу, который был рассмотрен ранее применительно в конструкции отдельного линейного узла.
В рассмотренной в качестве примера конструкции трехфазного разъединителя все узлы каждого линейного коммутационного узла имеют точное позиционирование относительно друг друга, так как в конструкции опорной рамы, на которой все узлы базируются, конструктивно исключена возможность ее упругой деформации, которая могла бы влиять на положение осей изоляторов в момент отключения или включения коммутации. Это существенно повышает эксплуатационную надежность и долговечность разъединителя. Положительным является разъединение коммутации за счет опускания контактного ножа по траектории вниз. Но в этом случае необходимо обеспечить гарантированную безопасность для персонала, независимо от того, что контакты разомкнуты. В разъединителе это обеспечивается расстоянием от точки расположения контакта контактной площадки ножа в губках заземляющей шины до контактных губок вертикально ориентированного опорного изолятора. Теоретически и, как принято на практике, это явно выраженная видимость достигается уже при 200 мм, но желательно иметь примерно 440-500 мм. Это следует из того, что разъединители играют важную роль в схемах электроустановок, от надежности их работы зависит надежность работы всей электроустановки, поэтому к ним предъявляется следующее требование: «создание видимого разрыва в воздухе, электрическая прочность которого соответствует максимальному импульсному напряжению». Эта директивная установка требования подразумевает, что для каждого нестандартного случая использования, в том числе и для критических климатических условий, необходимо обеспечить такой видимый разрыв, «электрическая прочность которого соответствует максимальному импульсному напряжению». Для условий высокой влажности или наледи (как пример) расстояние должно быть большим, но для получения большого расстояния в решении по прототипу необходимо сильно увеличить габариты разъединителя по длине линейного узла и по высоте. Это не является лучшим решением. А в заявленной конструкции нож в положении размыкания цепи находится практически вертикально опущенным вниз. При таком исполнении разъединитель приобретает компактность, а величина этого контрольного расстояния, гарантирующего «электрическую прочность, превышающую максимальное импульсное напряжение» становится существенно больше принятого на практике расстояния. Конкретная величина этого расстояния в заявленной конструкции становится зависимой от длины контактного ножа, а не от габаритов разъединителя в целом. Для обеспечения возможности практически вертикального положения контактного ножа в положении замыкания с заземляющим контуром опорный изолятор 5 устанавливается наклонно в сторону опорного изолятора 2. Это выводит ось вращения контактного ножа в положение, при котором тело опорного изолятора не мешает ножу находиться вертикально опущенным. Наклонное положение дополнительного изолятора определено не необходимостью того, чтобы продольные оси этого изолятора и опорного изолятора 5 были параллельны, а тем, что именно при таком положении рычажная связь дополнительного изолятора с контактным ножом позволяет сформировать траекторию перемещения этого ножа без отклонений в вертикальной плоскости. Это позволяет точно позиционировать контактную площадку ножа в приемных контактных губках опорного изолятора 2. Размещение одного из опорных изоляторов под наклоном и размещение заземляющих губок на его стороне позволил уменьшить габариты разъединителя и увеличил электробезопасное расстояние при меньших габаритах изделия.
Конструкция разъединителя, когда контактные ножи при движении не оказываются выше верха опорных изоляторов, позволяет накрыть весь разъединитель крышей из изоляционного материала, закрепленной на раме с помощью столбиков из изоляционного материала. Это может служить защитой птиц от поражения электрическим током. Целиком поместить разъединитель в ящик нельзя, так как одним из требований к разъединителю является наличие «видимого воздушного промежутка при разъединении контактов». Возможен вариант исполнения, согласно которому можно накрыть отдельными крышками каждый линейный узел разъединителя или в каждом таком линейном узле зону контакта контактных ножей с контактными губками, а также закрыть от непогоды крышкой шарнирное соединение контактных ножей с токоподводящими медными шинами (пластинами) с противоположной стороны. Иллюстративно данные примеры исполнения защитных крыш или крышек не показаны.
В заявленной конструкции предусматривается, как вариант исполнения, возможность покрывать раму, а также контактные ножи, кроме мест контакта, изоляционной органо-силикатной композицией (типа краски) с целью защиты птиц от поражения электрическим током. Это актуально как самостоятельное решение, так и совместное со снабжением разъединителя закрепленной на раме крышей из изоляционного материала, закрывающей сверху размещенные на раме линейные контактные узлы, или крышками, закрывающими в каждом линейном контактном узле зону размещения контактных губок на первом опорном изоляторе и/или зону шарнирного соединения контактного ножа с токопроводящей шиной, или закрывающими по отдельности каждый линейный контактный узел.
Настоящая полезная модель промышленно применима и может быть изготовлена по технологиям, которые применяются сегодня в производстве разъединителей высокого напряжения.
1. Линейный контактный узел для разъединителя высокого напряжения, включающий в себя смонтированные на опорном основании два опорных изолятора, на первом из которых закреплены контактные губки токопроводящей шины, а на втором из которых закреплена токопроводящая шина с поворотно установленным контактным ножом для взаимодействия с контактными губками на первом опорном изоляторе, контактный нож выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из первого положения размещения в контактных губках на первом опорном изоляторе во второе положение размещения в контактных губках заземляющей шины, контактный нож связан с дополнительным изолятором, другой конец которого связан с приводом его поворота в вертикальной плоскости, при этом контактный нож связан с дополнительным изолятором в точке, расположенной между осью вращения этого ножа и местом размещения контакта этого ножа с подвижными губками на первом опорном изоляторе, отличающийся тем, что он снабжен дугогасящим устройством, выполненным в виде закрепленной на контактном ноже пружины, конец витка которой с одной стороны пружины выполнен в виде упругодеформируемого прутка, уложенного вдоль контактного ножа с выходом его конца за габарит ножа по длине и с возможностью упругого отгибания вверх от этого ножа при перемещении контактного ножа из первого положения во второе положение.
2. Линейный контактный узел для разъединителя высокого напряжения, включающий в себя смонтированные на опорном основании первый опорный изолятор, на верхнем свободном конце которого закреплены контактные губки токопроводящей шины, и второй опорный изолятор, на верхнем свободном конце которого закреплена токопроводящая шина с поворотно установленным контактным ножом с контактной площадкой для взаимодействия с контактными губками на первом опорном изоляторе, контактный нож выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из положения размещения контактной площадки в контактных губках на первом опорном изоляторе в положение размещения контактной площадки в контактных губках заземляющей шины, при этом контактный нож снабжен дополнительным изолятором, одним концом связанным с приводом его поворота в вертикальной плоскости и другим концом с контактным ножом в точке, расположенной между осью вращения ножа и местом размещения контактной площадки на этом ноже, отличающийся тем, что он снабжен дугогасящим устройством, выполненным в виде закрепленной на контактном ноже пружины, конец витка которой с одной стороны пружины выполнен в виде упругодеформируемого прутка, уложенного вдоль контактного ножа с выходом его конца за габарит ножа по длине и с возможностью упругого отгибания вверх от этого ножа, контактные губки заземляющей шины закреплены на опорном основании на стороне размещения второго опорного изолятора и ниже уровня крепления этого опорного изолятора на этом основании, второй опорный изолятор и дополнительный изолятор расположены наклонно в сторону первого опорного изолятора.
3. Линейный контактный узел по п. 2, отличающийся тем, что в качестве опорного основания использована рама, выполненная с площадками для закрепления опорных изоляторов.
4. Линейный контактный узел по п. 2, отличающийся тем, что дополнительный изолятор связан с контактным ножом через жестко закрепленный на этом ноже рычаг.
5. Линейный контактный узел по п. 2, отличающийся тем, что контактные губки на опорном изоляторе и у заземляющей шины выполнены подпружиненными навстречу друг другу за счет витой пружины, усилие сжатия которой регулируется ходом винта, проходящего внутри этой пружины.
6. Линейный контактный узел по п. 2, отличающийся тем, что для ускорения выключения или включения он снабжен пружиной, связанной одним концом с рамой, а другим с рычагом поворота дополнительного изолятора или непосредственно с последним для ускорения перемещения контактного ножа в позицию выключения или включения при переходе через мертвую точку.
7. Линейный контактный узел по п. 2, отличающийся тем, что для улавливания прутка пружины дугогасящего устройства в верхней части контактного ножа смонтирован ловитель в виде двух отогнутых в разные стороны пластин.
8. Линейный контактный узел по п. 2, отличающийся тем, что со стороны контактных губок на первом опорном изоляторе расположен узел захвата конца прутка пружины дугогасящего устройства, состоящий их двух изогнутых под углом стальных пластин и третьей стальной пластины с U-образным изгибом на конце, являющимся ложем для конца прутка пружины дугогасящего устройства.
9. Разъединитель высокого напряжения, включающий раму, на которой смонтированы по крайней мере два линейных контактных узла, каждый из которых включает в себя смонтированные на противоположных сторонах рамы два опорных изолятора, на первом из которых закреплены контактные губки токопроводящей шины, а на втором из которых закреплена токопроводящая шина с поворотно установленным контактным ножом для взаимодействия с контактными губками на первом опорном изоляторе, контактный нож выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из первого положения размещения в контактных губках на первом опорном изоляторе во второе положение размещения в контактных губках заземляющей шины, контактный нож связан с дополнительным изолятором, другой конец которого связан с приводом его поворота в вертикальной плоскости, при этом контактный нож связан с дополнительным изолятором в точке, расположенной между осью вращения этого ножа и местом размещения контакта этого ножа с подвижными губками на первом опорном изоляторе, отличающийся тем, что каждый линейный контактный узел снабжен дугогасящим устройством, выполненным в виде закрепленной на контактном ноже пружины, конец витка которой с одной стороны пружины выполнен в виде упругодеформируемого прутка, уложенного вдоль контактного ножа с выходом его конца за габарит ножа по длине и с возможностью упругого отгибания вверх от этого ножа при перемещении контактного ножа из первого положения во второе положение.
10. Разъединитель высокого напряжения по п. 9, отличающийся тем, что рама состоит из лонжеронов с прикрепленными к ним поперечинами и представляет собой конструкцию, в которой концы поперечин на каждой стороне рамы жестко связаны между собой и с лонжеронами или напрямую с лонжеронами,
11. Разъединитель высокого напряжения по п. 9, отличающийся тем, что в каждом линейном контактном узле контактные губки заземляющей шины прикреплены к раме на стороне размещения второго опорного изоляторов и ниже уровня крепления этого изолятора, а второй опорный изолятор и дополнительный изолятор расположены наклонно в сторону первого опорного изолятора.
12. Разъединитель высокого напряжения по п. 9, отличающийся тем, что дополнительный изолятор связан с контактным ножом через жестко закрепленный на этом ноже рычаг.
13. Разъединитель высокого напряжения по п. 9, отличающийся тем, что контактные губки на опорном изоляторе и у заземляющей шины выполнены подпружиненными навстречу друг другу за счет витой пружины, усилие сжатия которой регулируется ходом винта, проходящего внутри этой пружины.
14. Разъединитель высокого напряжения по п. 9, отличающийся тем, что для ускорения выключения или включения он снабжен пружиной, связанной одним концом с рамой, а другим с рычагом поворота дополнительного изолятора или непосредственно с последним для ускорения перемещения контактного ножа в позицию выключения или включения при переходе через мертвую точку.
15. Разъединитель высокого напряжения по п. 9, отличающийся тем, что для улавливания прутка пружины дугогасящего устройства в верхней части контактного ножа смонтирован ловитель в виде двух отогнутых в разные стороны пластин.
16. Разъединитель высокого напряжения по п. 9, отличающийся тем, что со стороны контактных губок на первом опорном изоляторе расположен узел захвата конца прутка пружины дугогасящего устройства, состоящий их двух изогнутых под углом стальных пластин и третьей стальной пластины с U-образным изгибом на конце, являющимся ложем для конца прутка пружины дугогасящего устройства.
17. Разъединитель высокого напряжения по п. 9, отличающийся тем, что он снабжен закрепленной на раме с помощью столбиков из изоляционного материала крышей из изоляционного материала, закрывающей сверху размещенные на раме линейные контактные узлы, или крышками, закрывающими в каждом линейном контактном узле зону размещения контактных губок на первом опорном изоляторе и/или зону шарнирного соединения контактного ножа с токопроводящей шиной или закрывающими по отдельности каждый линейный контактный узел.
18. Разъединитель высокого напряжения, включающий раму, на которой смонтированы по крайней мере два линейных контактных узла, каждый из которых включает в себя смонтированные на противоположных сторонах рамы два опорных изолятора, на первом из которых закреплены контактные губки токопроводящей шины, а на втором из которых закреплена токопроводящая шина с поворотно установленным контактным ножом для взаимодействия с контактными губками на первом опорном изоляторе, контактный нож выполнен с возможностью поворота в вертикальной плоскости из первого положения размещения в контактных губках на первом опорном изоляторе во второе положение размещения в контактных губках заземляющей шины, контактный нож связан с дополнительным изолятором, другой конец которого связан с приводом его поворота в вертикальной плоскости, при этом контактный нож связан с дополнительным изолятором в точке, расположенной между осью вращения этого ножа и местом размещения контакта этого ножа с подвижными губками на первом опорном изоляторе, отличающийся тем, что каждый линейный контактный узел снабжен дугогасящим устройством, выполненным в виде закрепленной на контактном ноже пружины, конец витка которой с одной стороны пружины выполнен в виде упругодеформируемого прутка, уложенного вдоль контактного ножа с выходом его конца за габарит ножа по длине и с возможностью упругого отгибания вверх от этого ножа при перемещении контактного ножа из первого положения во второе положение, при этом в каждом линейном контактном узле контактные губки заземляющей шины прикреплены к раме на стороне размещения второго опорного изолятора и ниже уровня крепления этого изолятора, а второй опорный изолятор и дополнительный изолятор расположены наклонно в сторону первого опорного изолятора.
19. Разъединитель высокого напряжения по п. 18, отличающийся тем, что для ускорения выключения или включения он снабжен пружиной, связанной одним концом с рамой, а другим с рычагом поворота дополнительного изолятора или непосредственно с последним для ускорения перемещения контактного ножа в позицию выключения или включения при переходе через мертвую точку.
20. Разъединитель высокого напряжения по п. 18, отличающийся тем, что он снабжен закрепленной на раме с помощью столбиков из изоляционного материала крышей из изоляционного материала, закрывающей сверху размещенные на раме линейные контактные узлы, или крышками, закрывающими в каждом линейном контактном узле зону размещения контактных губок на первом опорном изоляторе и/или зону шарнирного соединения контактного ножа с токопроводящей шиной или закрывающими по отдельности каждый линейный контактный узел.
21. Дугогасящее устройство для разъединителя высокого напряжения, выполненное в виде закрепленной на контактном ноже пружины, конец витка которой с одной стороны пружины выполнен в виде упругодеформируемого прутка, уложенного вдоль контактного ножа с выходом его конца за габарит ножа по длине и с возможностью упругого отгибания вверх от этого ножа при перемещении контактного ножа из положения размещения в подвижных губках на опорном изоляторе в положение размещения в контактных губках заземляющей шины.
