RU156194U1 - ACTUATOR CIRCUIT BREAKER - Google Patents

Abstract

Привод быстродействующего выключателя, содержащий вакуумную дугогасительную камеру с контактами, фиксатор включенного и отключенного положения ее контактов, изоляционную тягу, деталь с наружной конической поверхностью, деталь с внутренней конической поверхностью, приводной шток, привод включения, привод отключения индукционно-динамического типа, отличающийся тем, что первая деталь имеет внутреннюю коническую поверхность и расположена на опорной плите с возможностью ограниченного перемещения как в осевом, так и в поперечном направлениях, вторая деталь имеет наружную коническую поверхность и прорези вдоль оси и закреплена на приводном штоке, при этом наружная коническая поверхность имеет угол конуса, больший, чем угол конуса внутренней конической поверхности.A drive of a high-speed circuit breaker comprising a vacuum arrester with contacts, a latch on and off of the position of its contacts, an insulating rod, a part with an external conical surface, a part with an internal conical surface, a drive rod, an actuator, an induction-dynamic type disconnect drive, characterized in that that the first part has an internal conical surface and is located on the base plate with the possibility of limited movement in both axial and transverse directions niyah, the second part has a conical outer surface and slits along the axis and fixed to the drive rod, the outer conical surface has a cone angle greater than the cone angle of the inner conical surface.

Description

Привод быстродействующего выключателя относится к электротехнике, в частности может быть использован в выключателях для сверхпроводящих ограничителей тока короткого замыкания, быстродействующих вакуумных выключателях постоянного тока, синхронных выключателях, короткозамыкателях среднего класса напряжения.The drive of a high-speed circuit breaker relates to electrical engineering, in particular, it can be used in circuit-breakers for superconducting short-circuit current limiters, high-speed DC vacuum circuit breakers, synchronous circuit breakers, and medium-voltage short circuits.

Известен вакуумный выключатель (патент на полезную модель RU 82930 U1, МПК H01H 33/66, опубликован 10.05.2009) [1], в котором контакты вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) включаются приводом включения через приводной шток и изоляционную тягу. В конце включения контакт ВДК демпфируется гидравлическим демпфером. Отключаются контакты индукционно-динамическим приводом (ИДП). Фиксация контактов ВДК во включенном и отключенном положении осуществляется с помощью кулачка на приводном штоке и подпружиненных шариков. Существенный недостаток такой конструкции, с точки зрения демпфирования подвижных масс, заключается в сложности и трудоемкости изготовления гидродемпфера, нестабильности его работы при отрицательных температурах окружающей среды. Отсутствие демпфирования подвижных масс при отключении вызывает большой обратный отброс контакта в сторону замыкания, что может вызвать отказ выключателя при отключении токов короткого замыкания.A vacuum switch is known (patent for utility model RU 82930 U1, IPC H01H 33/66, published May 10, 2009) [1], in which the contacts of the vacuum arcing chamber (VDC) are switched on by an actuator through a drive rod and an insulating rod. At the end of switching on, the VDK contact is damped by a hydraulic damper. The contacts are disconnected by an induction-dynamic drive (IDP). The fixing of the VDK contacts in the on and off position is carried out using the cam on the drive rod and spring-loaded balls. A significant drawback of this design, from the point of view of damping of moving masses, lies in the complexity and complexity of manufacturing a hydraulic damper, the instability of its operation at low ambient temperatures. The absence of damping of moving masses during tripping causes a large reverse rejection of the contact towards the fault, which can cause the circuit breaker to fail when the short-circuit currents are disconnected.

Наиболее близким к предлагаемому решению является изобретение по приводу вакуумного выключателя (авторское свидетельство SU 1396168 A1, МПК H01H 33/66, опубликовано 15.05.1988), [2], в котором контакты ВДК переключаются от индукционно-динамических приводов через приводной шток и изоляционную втулку. Фиксация подвижного контакта ВДК осуществляется с помощью подпружиненных рычажных систем. Демпфирование подвижных масс при отключении осуществляется резиновым кольцом с внутренней конической поверхностью и наружной конической поверхностью на диске ИДП отключения, на котором имеется короб со свинцовой дробью в качестве догоняющей соударяющейся массы для гашения обратного отброса контакта ВДК. Существенным недостатком такого привода, с точки зрения демпфирования, является применение материала конуса из резины, обладающей большой упругостью, что приведет к большому обратному отскоку подвижных масс. Применение свободно падающей массы неэффективно, так как ускорение и скорость свободного падения намного меньше таковых, чем у подвижных масс выключателя под действием индукционно-динамических сил ИДП, вследствие чего соударение этих масс произойдет, когда подвижные массы выключателя пройдут большое расстояние в сторону замыкания контактов при обратном отбросе. Компенсировать большой обратный отброс можно было бы увеличением хода подвижного контакта ВДК, но это привело бы к увеличению габаритов выключателя и уменьшению срока службы сильфона ВДК. На стабильность характеристик демпфирования будет сильно влиять изменение упругости резины при отрицательных температурах окружающей среды.Closest to the proposed solution is the invention for the drive of a vacuum circuit breaker (copyright certificate SU 1396168 A1, IPC H01H 33/66, published 05.15.1988), [2], in which the contacts of the VDK are switched from induction-dynamic drives through a drive rod and an insulating sleeve . Fixation of the movable contact of the VDK is carried out using spring-loaded lever systems. Damping of moving masses during shutdown is carried out by a rubber ring with an inner conical surface and an outer conical surface on the shutdown IDP disk, on which there is a box with lead shot as an overtaking colliding mass to dampen the reverse rejection of the VDK contact. A significant drawback of such a drive, from the point of view of damping, is the use of a cone material made of rubber with high elasticity, which will lead to a large backward rebound of the moving masses. The use of a free-falling mass is inefficient, since the acceleration and free-fall rate are much lower than those of the moving masses of the circuit breaker under the action of the inductive-dynamic forces of the IDP, as a result of which the masses collide when the moving masses of the circuit breaker travel a large distance towards the contact closure garbage. It would be possible to compensate for the large backward rejection by increasing the stroke of the movable contact of the VDK, but this would lead to an increase in the dimensions of the switch and a decrease in the service life of the bellows of the VDK. The stability of the damping characteristics will be greatly affected by a change in the elasticity of the rubber at low ambient temperatures.

Технической задачей предлагаемого решения является создание простого устройства с надежным демпфированием подвижных масс выключателя, обеспечивающим минимальный обратный отброс подвижного контакта вакуумной дугогасительной камеры в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды при большом сроке службы.The technical task of the proposed solution is to create a simple device with reliable damping of the moving masses of the circuit breaker, providing minimal reverse rejection of the movable contact of the vacuum arcing chamber in a wide range of changes in ambient temperature with a long service life.

Технический результат, достигаемый в устройстве, заключается в упрощении привода и выключателя, повышении их надежности и срока службы, расширении применимости.The technical result achieved in the device is to simplify the drive and the switch, increase their reliability and service life, expand applicability.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в приводе быстродействующего выключателя, содержащем вакуумную дугогасительную камеру с контактами, фиксатор включенного и отключенного положения ее контактов, изоляционную тягу, деталь с наружной конической поверхностью, деталь с внутренней конической поверхностью, приводной шток, привод включения, привод отключения индукционно-динамического типа, Первая деталь имеет внутреннюю коническую поверхность и расположена на неподвижной опорной плите с возможностью ограниченного перемещения как в осевом, так и в поперечном направлениях. Вторая деталь имеет наружную коническую поверхность и прорези вдоль оси и закреплена на приводном штоке. Наружная коническая поверхность имеет угол конуса больший, чем угол конуса внутренней конической поверхности.The problem is solved due to the fact that in the drive of a high-speed circuit breaker containing a vacuum arrester with contacts, a latch on and off position of its contacts, an insulating rod, a part with an external conical surface, a part with an internal conical surface, a drive rod, an actuator, an actuator, a trip drive induction-dynamic type, the first part has an internal conical surface and is located on a fixed base plate with the possibility of limited movement tions in both the axial and transverse directions. The second part has an outer conical surface and slots along the axis and is mounted on the drive rod. The outer conical surface has a cone angle greater than the cone angle of the inner conical surface.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где:The proposed technical solution is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 приведена кинематическая схема быстродействующего выключателя:in FIG. 1 shows the kinematic diagram of a high-speed circuit breaker:

слева - в отключенном положении, справа- во включенном положении;left - in the off position, right - in the on position;

на фиг. 2 показан узел демпфирования в отключенном положении - узел A на фиг. 1;in FIG. 2 shows the damping assembly in the off position — assembly A in FIG. one;

на фиг. 3 подробно показан узел Б на фиг. 2;in FIG. 3 shows in detail the assembly B in FIG. 2;

На фиг. 1 через α₁ обозначен угол конуса наружной конической поверхности; через α₂ обозначен угол конуса внутренней конической поверхности.In FIG. 1 through α ₁ is the angle of the cone of the conical outer surface; α ₂ denotes the angle of the cone of the inner conical surface.

Устройство содержит:The device contains:

1 - вакуумная дугогасительная камера;1 - vacuum interrupter chamber;

2 - подвижный контакт;2 - movable contact;

3 - шток контакта;3 - contact rod;

4 - фиксатор;4 - a clamp;

5 - изоляционная тяга;5 - insulating traction;

6 - приводной шток;6 - a driving rod;

7 - первая деталь;7 - the first part;

8 - вторая деталь;8 - the second part;

9 - опорная плита;9 - base plate;

10 - катушка ИДП;10 - IDP coil;

11 - диск ИДП;11 - disk IDP;

12 - катушка электромагнита;12 - coil of an electromagnet;

13 - якорь электромагнита;13 - an anchor of an electromagnet;

14 - возвратная пружина;14 - a return spring;

15 - внутренняя коническая поверхность;15 - inner conical surface;

16 - наружная коническая поверхность;16 - outer conical surface;

17 - полукольцо;17 - a half ring;

18 - полукольцо;18 - half ring;

19 - паз;19 - groove;

20 - проточка;20 - groove;

21 - внутренняя часть полукольца.21 - the inner part of the half ring.

В устройстве привода быстродействующего выключателя (фиг. 1) имеется вакуумная дугогасительная камера 1, подвижный контакт 2 которой соединен со штоком контакта 3. На этом штоке закреплен кулачок фиксатора 4. Шток контакта соединен с изоляционной тягой 5, другой конец которой соединен с приводным штоком 6, на котором закреплена первая деталь 7 в виде тела вращения. Шток 6 проходит сквозь центральное отверстие второй детали 8, установленной на неподвижной опорной плите 9, с возможностью небольших расчетных перемещений относительно нее. В приводе неподвижно закреплена катушка ИДП 10 симметрично относительно приводного штока 6. На этом штоке закреплен диск ИДП 11. Детали 10 и 11 образуют активную часть индукционно-динамического привода отключения. В нижней части выключателя установлен привод включения в виде электромагнита с катушкой 12 и якорем 13, связанным с возвратной пружиной 14. Первая деталь 7 имеет внутреннюю коническую поверхность 15 (фиг. 2). Вторая деталь 8 имеет наружную коническую поверхность 16. На опорной плите 9 жестко установлены полукольца 17 и 18. Первая деталь 7 частично прорезана вдоль ее оси пазами 19. Во второй детали 8 выполнена проточка 20, в которую входят внутренние части 21 полуколец 17 и 18 (фиг. 3). Поскольку между внутренними частями 21 полуколец и проточкой 20 имеются небольшие расчетные зазоры, вторая деталь 8 может смещаться при работе относительно неподвижной опорной плиты 9 как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.In the drive device of the high-speed circuit breaker (Fig. 1) there is a vacuum arcing chamber 1, the movable contact 2 of which is connected to the contact rod 3. The clamp cam 4 is fixed to this rod. The contact rod is connected to the insulation rod 5, the other end of which is connected to the drive rod 6 on which the first part 7 is fixed in the form of a body of revolution. The rod 6 passes through the Central hole of the second part 8 mounted on a fixed base plate 9, with the possibility of small design movements relative to it. In the drive, the IDP coil 10 is fixedly mounted symmetrically with respect to the drive rod 6. An IDP disk 11 is fixed to this rod. Parts 10 and 11 form the active part of the inductive-dynamic shutdown drive. In the lower part of the switch, a switching drive is installed in the form of an electromagnet with a coil 12 and an armature 13 connected to a return spring 14. The first part 7 has an inner conical surface 15 (Fig. 2). The second part 8 has an outer conical surface 16. Half rings 17 and 18 are rigidly mounted on the base plate 9. The first part 7 is partially cut along its axis by grooves 19. In the second part 8, a groove 20 is made, which includes the inner parts 21 of the half rings 17 and 18 ( Fig. 3). Since there are small design gaps between the inner parts 21 of the half rings and the groove 20, the second part 8 can be displaced during operation with respect to the motionless base plate 9 both in the vertical and horizontal directions.

Привод работает следующим образом.The drive operates as follows.

При включении выключателя питание подается на катушку электромагнита 12 и якорь 13 толкает приводной шток 6 вверх (фиг 1 слева), вместе с которым поднимаются детали 11, 7, 6, 5, 3, 2 до замыкания контактов ВДК и упирания диска ИДП 11 в катушку ИДП 10. Во включенном положении подвижные детали фиксируются фиксатором 4. Работа защелки такая же, как в аналоге. После снятия сигнала отключения якорь 13 возвращается вниз под действием собственного веса и силы возвратной пружины 14 (фиг. 1 справа), что облегчает работу привода при отключении из-за исключения из движения достаточно большой массы якоря.When the switch is turned on, power is supplied to the coil of the electromagnet 12 and the armature 13 pushes the drive rod 6 up (Fig. 1 on the left), with which the parts 11, 7, 6, 5, 3, 2 rise until the VDK contacts are closed and the IDP disk 11 rests on the coil IDP 10. In the on position, the moving parts are fixed by the latch 4. The latch is the same as in the analogue. After removing the trip signal, the armature 13 returns down under the action of its own weight and the force of the return spring 14 (Fig. 1 on the right), which facilitates the operation of the drive during shutdown due to the exclusion from the movement of a sufficiently large mass of the armature.

При отключении привод работает следующим образом.When disconnected, the drive operates as follows.

При подаче питания на катушку ИДП 10 индукционно-динамические силы отталкивают диск 11 от катушки вниз. При этом с большой скоростью перемещаются вышеупомянутые подвижные детали - происходит отключение контактов ВДК. В конце отключения первая деталь 6 нижней частью своей внутренней конической поверхности 15 ударяется в наружную коническую поверхность 16 второй детали 8. При дальнейшем инерционном движении подвижных масс прорезанные участки первой детали упруго разжимаются, угол α₂ (фиг. 2) конуса поверхности 15 увеличивается (клиновой эффект) и большие участки конических поверхностей 15 и 16 вовлекаются в процесс торможения и поглощения кинетической энергии. Поскольку штоки 3 и 6, плита 9 и, особенно, изоляционная тяга 5 обладают упругостью, произойдет обратный отброс подвижных масс в сторону замыкания контактов ВДК, что, как отмечено, нежелательно. Можно, конечно, подобрать достаточно малый угол конуса α₂ и малую разность углов α₂ и α₁, что даст значительный клиновой эффект и исключит обратный отброс, но это приведет к увеличению хода контакта ВДК и уменьшению ее долговечности, а, главное, вызывает необходимость применения импульсного привода включения для преодоления больших сил трения покоя, требующего большего энергопотребления и имеющего меньший срок службы, чем электромагнитный привод. Целесообразно принимать угол α₂ в пределах от 80 до 100 градусов. Разность углов α₂ и α₁ зависит от прочности и упругости прорезанных частей детали 7 и габаритов узла демпфирования. Эту разность можно принимать в пределах (1…2) градусов. Практически, небольшой обратный отброс выполняет положительную роль: пройдя осевой зазор между внутренними частями 21 полуколец 17, 18 и проточки 20 деталь 8 резко останавливается и деталь 7 оторвется от нее и будет своей внутренней конусной поверхностью 15 скользить с трением по наружной конусной поверхности 16 детали 8. Наличие радиального зазора между проточкой 20 и внутренними частями 21 облегчает изготовление привода, его наладку и исключает силы трения в основной части движения контактов при их коммутации. Для повышения износостойкости привода целесообразно первую и вторую деталь делать из закаленной стали.When applying power to the coil IDP 10, the inductive-dynamic forces push the disk 11 from the coil down. At the same time, the above-mentioned moving parts move with high speed - the contacts of the VDK are disconnected. At the end of the shutdown, the first part 6 with the lower part of its inner conical surface 15 hits the outer conical surface 16 of the second part 8. With further inertial movement of the moving masses, the cut sections of the first part elastically expand, the angle α ₂ (Fig. 2) of the cone of the surface 15 increases (wedge effect) and large areas of conical surfaces 15 and 16 are involved in the process of inhibition and absorption of kinetic energy. Since the rods 3 and 6, the plate 9 and, especially, the insulating rod 5 have elasticity, there will be a reverse rejection of the moving masses towards the closure of the VDK contacts, which, as noted, is undesirable. You can, of course, choose a sufficiently small cone angle α ₂ and a small difference between the angles α ₂ and α ₁ , which will give a significant wedge effect and eliminate backward rejection, but this will lead to an increase in the contact path of the air-borne conductor and to a decrease in its durability, and, most importantly, necessitates the use of a pulse switching drive to overcome large rest friction forces, which requires more energy consumption and has a shorter service life than an electromagnetic drive. It is advisable to take the angle α ₂ in the range from 80 to 100 degrees. The difference between the angles α ₂ and α ₁ depends on the strength and elasticity of the cut parts of the part 7 and the dimensions of the damping unit. This difference can be taken within (1 ... 2) degrees. In practice, a small reverse garbage plays a positive role: after passing the axial clearance between the inner parts 21 of the half rings 17, 18 and the groove 20, the part 8 abruptly stops and the part 7 breaks away from it and will slip with its internal conical surface 15 along the outer conical surface 16 of the part 8 The presence of a radial clearance between the groove 20 and the inner parts 21 facilitates the manufacture of the drive, its adjustment and eliminates the friction forces in the main part of the movement of the contacts when they are switched. To increase the wear resistance of the drive, it is advisable to make the first and second part of hardened steel.

До использования предлагаемой конструкции привод имел одинаковую конусность обеих поверхностей - 80°, полный ход подвижного контакта ВДК составлял 7 мм, а его обратный отброс был около 2,5 мм, что составляло 36% хода. Испытания макетного образца выключателя с использованием предлагаемого решения уменьшил обратный отброс до 20%, что достаточно для хороших коммутационных характеристик выключателя и его большой износостойкости.Before using the proposed design, the drive had the same conicity of both surfaces - 80 °, the full stroke of the movable contact of the airborne motor was 7 mm, and its reverse rejection was about 2.5 mm, which amounted to 36% of the stroke. Testing the prototype of the circuit breaker using the proposed solution reduced the return rejection to 20%, which is sufficient for good switching characteristics of the circuit breaker and its high wear resistance.

Технический результат предлагаемого устройства в эксплуатации определяется осуществлением надежной защиты и уменьшением количества сверхпроводника в сверхпроводящих ограничителях тока короткого замыкания, особенно для сетей постоянного тока на средние напряжения, повысить качество питания потребителей электроэнергии. Кроме того, достигается упрощение конструкции, повышается ее технологичность, упрощается сборка и наладка.The technical result of the proposed device in operation is determined by the implementation of reliable protection and a decrease in the amount of superconductor in superconducting short-circuit current limiters, especially for DC networks to medium voltage, to improve the quality of power supply to electricity consumers. In addition, simplification of the design is achieved, its manufacturability is increased, assembly and commissioning is simplified.

Используемые источники информации при составлении заявкиUsed sources of information in the preparation of the application

[1]. Патент на полезную модель RU 82930 U1, МПК H01H 33/66, опубликован 10.05.2009)[one]. Utility Model Patent RU 82930 U1, IPC H01H 33/66, published May 10, 2009)

[2] Авторское свидетельство SU 1396168 A1, МПК H01H 33/66, опубликовано 15.05.1988).,[2] Copyright certificate SU 1396168 A1, IPC H01H 33/66, published 05.15.1988).,

Claims (1)

Привод быстродействующего выключателя, содержащий вакуумную дугогасительную камеру с контактами, фиксатор включенного и отключенного положения ее контактов, изоляционную тягу, деталь с наружной конической поверхностью, деталь с внутренней конической поверхностью, приводной шток, привод включения, привод отключения индукционно-динамического типа, отличающийся тем, что первая деталь имеет внутреннюю коническую поверхность и расположена на опорной плите с возможностью ограниченного перемещения как в осевом, так и в поперечном направлениях, вторая деталь имеет наружную коническую поверхность и прорези вдоль оси и закреплена на приводном штоке, при этом наружная коническая поверхность имеет угол конуса, больший, чем угол конуса внутренней конической поверхности.

A drive of a high-speed circuit breaker comprising a vacuum arrester with contacts, a latch on and off for its contacts, an insulating rod, a part with an external conical surface, a part with an internal conical surface, a drive rod, an actuator, an induction-dynamic type disconnect drive, characterized in that that the first part has an internal conical surface and is located on the base plate with the possibility of limited movement in both axial and transverse directions niyah, the second part has a conical outer surface and slits along the axis and fixed to the drive rod, the outer conical surface has a cone angle greater than the cone angle of the inner conical surface.

Images