Электромагнитный привод и прерыватель цепи, содержащий этот привод

Электромагнитный привод и прерыватель цепи, содержащий этот привод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к приводу и прерывателю цепи (выключателю), применяемым в энергосистемах, а точнее к приводу, использующему электромагнитную силу отталкивания, способному развивать максимальную скорость и усилие срабатывания при малых размерах и массе, и к выключателю, успешно применяемому для высоких и сверхвысоких напряжений и обладающему великолепными разрывными характеристиками при использовании привода, также пригодного для выключателей низкого напряжения.

Уровень техники

Прерыватели цепи или выключатели устанавливаются, главным образом, на передающем конце и на приемном конце линий электропередачи. Выключатель замыкает и размыкает цепь тока в нормальном режиме при отсутствии неисправностей, но он также разрывает цепь тока в случае аварии, например короткого замыкания, защищая таким образом систему и различные силовые устройства (нагрузку).

Выключатели делятся на вакуумные, масляные и газовые в зависимости от того, что используется в качестве изолирующей и/или дугогасящей среды.

Когда выключатель разрывает ток короткого замыкания, он должен погасить дугу, возникающую между двумя контактами выключателя. В зависимости от способа гашения дуги газовые выключатели делятся на выключатели с автопневматическим, вращательным, терморасширительным и гибридным типом гашения дуги.

На фиг.1 и 2 показан пример газового выключателя с автопневматическим гашением дуги.

В газовом выключателе с автопневматическим гашением дуги в качестве дугогасящего и изоляционного газа используется газ SF₆ (гексафторид серы, именуемый далее дугогасящим газом), применяемый, главным образом, в выключателях сверхвысокого напряжения (обычно 72,5 кВ и выше).

Как показано на фиг.1 и 2, газовый выключатель с автопневматическим гашением дуги имеет разрывную секцию 10 для разрыва тока короткого замыкания и привод 50 для приведения в действие разрывной части 10.

Разрывная секция 10 состоит из неподвижного элемента и подвижного элемента и заключена в сосуде, заполненном газом SF₆.

Неподвижный элемент разрывной части 10 состоит из неподвижного дугогасящего контакта 11, неподвижного главного контакта 12, изоляционного кожуха 13, неподвижного поршня 14, опорного элемента 15 и опорного изолятора 16.

Подвижный элемент разрывной части 10 состоит из подвижного дугогасящего контакта 21, подвижного главного контакта 22, изоляционного сопла 23, распылительного цилиндра 24 и изоляционно-приводной штанги 25.

Приводная штанга 51 привода 50 соединена с изоляционно-приводной штангой 25. Кроме того, подвижный дугогасящий контакт 21, подвижный главный контакт 22, изоляционное сопло 23 и распылительный цилиндр 24 соединены в единую конструкцию с изоляционно-приводной штангой 25.

Соответственно, когда срабатывает привод 50, изоляционно-приводная штанга 25 перемещается приводной штангой 51. При этом когда изоляционно-приводная штанга 25 перемещается, то вместе с ней перемещаются подвижный дугогасящий контакт 21, подвижный главный контакт 22, изоляционное сопло 23 и распылительный цилиндр 24, выполняя операцию замыкания (для пропускания тока) и операцию размыкания (для прерывания тока).

В частном случае, при нормальных условиях поддерживается замкнутое положение, и через выключатель протекает нормальный ток, как показано на фиг.1.

Если же в энергосистеме происходит авария, и в цепи протекает ток короткого замыкания, в несколько раз (например, в 10 раз) превышающий нормальный ток, то ток короткого замыкания вызывает срабатывание привода 50. Тогда, как показано на фиг.2, привод 50 втягивает приводную штангу 51, которая в свою очередь тянет за собой изоляционно-приводную штангу 25. Соответственно, подвижный дугогасящий контакт 21 отделяется от неподвижного дугогасящего контакта 11, а подвижный главный контакт 22 от неподвижного главного контакта 12.

Одновременно распылительный цилиндр 24 перемещается навстречу неподвижному поршню 14, вследствие чего дугогасящий газ в распылительном цилиндре 24 сжимается. Сжатый дугогасящий газ проходит через отверстие 17 и проток и выбрасывается по направлению стрелок на фиг.2, быстро гася плазму дуги, образовавшейся между неподвижным дугогасящим контактом 11 и подвижным дугогасящим контактом 21, и прерывая ток (разомкнутое состояние).

В вышеописанном выключателе операция размыкания должна происходить с большой скоростью, чтобы прервать ток короткого замыкания и быстро восстановить изоляцию между электродами. Однако поскольку дуга не полностью гаснет даже при увеличении длины хода (SL) из-за плазмы дуги, то дугогасящий газ должен выбрасываться, как описано выше. Соответственно, привод 50 должен развивать усилие, требующееся для сжатия дугогасящего газа, т.е. усилие, необходимое для перемещения распыляющего цилиндра 24 навстречу поршню 14. Иными словами, поскольку чтобы увеличить скорость размыкания, нужно значительно увеличить приводное усилие, привод 50 должен развивать большее усилие и скорость.

Например, выключатель для линий электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения (типично 365 кВ и более) имеет длину хода (SL) около 250 мм и нуждается в силе и скорости, достаточных для выполнения операций в предельно короткое время, например 35 мс.

Выключатели тока для высоких и сверхвысоких напряжений обычно оборудуются гидравлическими или пневматическими приводами. Однако стоимость таких приводов составляет около 1/3 стоимости всего выключателя, и корейская промышленность большей частью зависит от их импорта. Кроме того, недостаток гидравлических и пневматических приводов состоит в утечке рабочей среды при изменении окружающей температуры. К тому же, поскольку привод состоит из многих частей, он не сможет работать, даже если только одна часть выйдет из строя.

Соответственно, во всем мире ведутся работы над созданием привода, способного заменить гидравлические и пневматические приводы. В результате этих исследовательских работ стали применяться такие приводы, как пружинный привод (со спиральной пружиной), электродвигательный привод (представляющий собой систему преобразования вращательного движения в линейное с использованием электродвигателя) и привод с постоянным магнитом (РМА).

Так как пружинный привод представляет собой систему, в которой энергия получается посредством высвобождения в нужный момент энергии сжатой пружины, стоимость изготовления такого привода невелика. Однако из-за того, что упругая сила пружины непостоянна, надежность работы такого привода низка. В соответствии с этим применение пружинного привода в выключателях высокого и сверхвысокого напряжения, которые должны выбрасывать дугогасящий газ, и в которых, несмотря на это, вероятность отказа выключателя очень велика, затруднительно.

Электродвигательный привод недорог по сравнению с гидравлическим и пневматическим приводом. Однако он все-таки дорог, и с его помощью трудно развить большое усилие. Соответственно, хотя электродвигательный привод может быть применен для низких напряжений, он не обладает характеристиками, достаточными для работы при высоких и сверхвысоких напряжениях.

Привод РМА перемещает подвижный элемент, используя энергию магнитного поля, содержащуюся в постоянном магните, и электромагнитную энергию магнитного поля, создаваемого током, протекающим в соленоиде. Соответственно, он имеет очень простую конструкцию и хорошие эксплуатационные свойства, должен работать стабильно и устойчиво, так что в последнее время нашел значительное применение в качестве привода для низковольтных выключателей.

Однако, поскольку привод РМА представляет собой систему, приводимую в действие энергией магнитного поля постоянного магнита и энергией магнитного поля, создаваемого током, протекающим в соленоиде, магнитопровод для магнитного поля должен быть выполнен из магнитного материала (железный сердечник), а перемещаемый подвижный элемент также должен быть выполнен из магнитного материала. Соответственно, если привод должен развивать большую мощность для получения большей разрывной способности, то потребуется генерация более сильных магнитных полей и увеличение объема магнитного материала настолько, чтобы магнитные поля не насыщались (состояние магнитного насыщения наступает тогда, когда магнитный материал намагничивается до такой степени, что он перестает намагничиваться даже при увеличении протекающего тока, и усилие достигает определенного предела и не увеличивается более даже при непрерывном увеличении тока). Поэтому увеличиваются габариты привода. Далее, поскольку магнитная индукция, создаваемая постоянным магнитом и током в соленоиде, обратно пропорциональна квадрату длины немагнитного промежутка, то это обстоятельство ограничивает возможность применения привода РМА в выключателях высокого и сверхвысокого напряжения, в которых промежуток между контактными точками разрывной секции велик. Например, если привод РМА применяется для низковольтного выключателя с величиной хода около 20 мм, оптимальные габариты привода составляют 200×250×100 мм (ширина × длина × толщина), а его вес составит 10 кг и даже больше. Соответственно, если привод РМА использовать для высоковольтного выключателя, то его габариты и масса увеличатся и станут значительно больше, чем у гидравлического или пневматического привода. Соответственно увеличится и стоимость изготовления такого привода. Поэтому привод РМА не применяется в выключателях высокого и сверхвысокого напряжения.

Раскрытие изобретения

Техническая задача

Соответственно, настоящее изобретение направлено на решение вышеуказанной проблемы, свойственной известным решениям. Задача изобретения состоит в создании привода, использующего электромагнитную силу, способного развивать максимальную скорость и усилие срабатывания при малых размерах и массе, и выключателя, успешно применяемого для высоких и сверхвысоких напряжений, обладающего великолепными разрывными характеристиками при использовании привода, также применимого для выключателей низкого напряжения.

Техническое решение

Для решения этой задачи согласно первому варианту реализации изобретения предложен привод, содержащий полый внутренний кожух, выполненный из магнитного материала; наружный кожух, выполненный из магнитного материала и установленный концентрично с внутренним кожухом на радиальном расстоянии снаружи от внутреннего кожуха; внутренний и наружный постоянные магниты, прилегающие к наружной поверхности внутреннего кожуха и к внутренней поверхности наружного кожуха, соответственно, и расположенные с обеспечением заданного промежутка между указанными магнитами; соленоид, установленный с возможностью линейного перемещения в осевом направлении между внутренним и наружным постоянными магнитами; и немагнитный подвижный элемент, имеющий конец, на котором закреплен соленоид, и установленный с возможностью линейного перемещения в осевом направлении между внутренним и наружным постоянными магнитами под действием электромагнитных сил отталкивания, создаваемых магнитными полями внутреннего и наружного постоянных магнитов и протекающим в соленоиде током.

Согласно первому варианту реализации изобретения конструкция привода, при которой подвижным элементом управляют силы, создаваемые магнитным полем постоянных магнитов и электрическим полем тока в соленоиде, обеспечивает высокие скорости и усилия привода даже при небольших габаритах и массе.

Согласно первому варианту реализации изобретения немагнитный подвижный элемент содержит подвижное кольцо, имеющее конец, на котором закреплен соленоид, и установленное с возможностью линейного перемещения в осевом направлении между внутренним и наружным постоянными магнитами; и подвижный шток, установленный с возможностью линейного перемещения во внутреннем кожухе в осевом направлении посредством подвижного кольца, прикрепленного к концу указанного штока.

Согласно первому варианту реализации изобретения внутренний и наружный постоянные магниты выполнены в виде сверхпроводящих магнитов.

Согласно первому варианту реализации изобретения привод содержит первую и вторую концевые пластины из магнитного материала, замыкающие оба конца внутреннего и наружного кожуха для обеспечения беспрепятственного прохождения магнитного потока.

Изобретение также предлагает выключатель, содержащий полый внутренний кожух, выполненный из магнитного материала; наружный кожух, выполненный из магнитного материала и установленный концентрично с внутренним кожухом на радиальном расстоянии снаружи от внутреннего кожуха; внутренний и наружный постоянные магниты, прилегающие к наружной поверхности внутреннего кожуха и к внутренней поверхности наружного кожуха соответственно и установленные с обеспечением заданного промежутка между указанными магнитами; соленоид, установленный с возможностью линейного перемещения в осевом направлении между внутренним и наружным постоянными магнитами; немагнитный подвижный элемент, имеющий конец, на котором закреплен соленоид, и установленный с возможностью линейного перемещения в осевом направлении между внутренним и наружным постоянными магнитами под действием электромагнитных сил отталкивания, создаваемых магнитными полями внутреннего и наружного постоянных магнитов и протекающим в соленоиде током; и изоляционно-приводную штангу, соединенную с другим концом подвижного элемента и линейно перемещаемую подвижным элементом для выполнения операций замыкания и размыкания.

В предлагаемом в изобретении выключателе в качестве внутреннего и наружного постоянных магнитов могут быть применены сверхпроводящие магниты.

В предлагаемом в изобретении выключателе немагнитный подвижный элемент может содержать подвижное кольцо, имеющее конец, на котором закреплен соленоид, и установленное с возможностью линейного перемещения в осевом направлении между внутренним и наружным постоянными магнитами; и подвижный шток, установленный с возможностью линейного перемещения во внутреннем кожухе, прикрепленный одним концом к подвижному кольцу, а другим концом - к изоляционно-приводной штанге, причем указанный шток линейно перемещается в осевом направлении посредством подвижного кольца, с перемещением изоляционно-приводной штанги.

Согласно одному варианту реализации изобретения выключатель может далее содержать первую и вторую концевые пластины из магнитного материала, замыкающие оба конца внутреннего и наружного кожуха для обеспечения беспрепятственного прохождения магнитного потока.

Согласно одному варианту реализации изобретения выключатель может далее содержать амортизирующие средства, расположенные вблизи участка, находящегося в конце траектории размыкающего движения подвижного элемента, и поглощающие силу удара.

Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения амортизирующие средства выполнены в виде спиральной пружины сжатия.

Согласно второму варианту реализации изобретения предлагается привод, содержащий корпус, выполненный из магнитного материала, в котором образована кольцевая камера; кольцевые внутренний и наружный постоянные магниты, концентрически установленные с радиальным промежутком между ними в указанной камере корпуса; и подвижный элемент с кольцевым соленоидом, установленный с возможностью линейного перемещения в осевом направлении между внутренним и наружным постоянными магнитами и линейно перемещаемый в осевом направлении между внутренним и наружным постоянными магнитами под действием электромагнитных сил отталкивания, создаваемых магнитными полями внутреннего и наружного постоянных магнитов и протекающим в соленоиде током.

Согласно второму варианту реализации изобретения на обоих концах внутреннего и наружного постоянных магнитов могут быть предусмотрены первые кольцевые внутренний и наружный дополнительные постоянные магниты и вторые кольцевые внутренний и наружный дополнительные постоянные магниты соответственно, а подвижный элемент объединен с соленоидом посредством размещения первого и второго магнитных колец на обоих концах соленоида соответственно.

Согласно одному варианту реализации изобретения полярности первых внутреннего и наружного дополнительных постоянных магнитов и вторых внутреннего и наружного дополнительных постоянных магнитов направлены противоположно полярностям внутреннего и наружного постоянных магнитов.

Согласно одному варианту реализации изобретения в качестве внутреннего и наружного постоянных магнитов могут быть применены сверхпроводящие магниты.

Согласно второму варианту реализации изобретения соленоид и первые и вторые магнитные кольца заключены в изоляционный корпус для объединения с ним.

Согласно одному варианту реализации изобретения изоляционный корпус предпочтительно выполнен из пластика.

Согласно второму варианту реализации изобретения оба конца подвижного элемента оснащены первым и вторым амортизирующими средствами для предотвращения ударов концов подвижного элемента о корпус в конце траектории осевого перемещения подвижного элемента.

Согласно одному варианту реализации изобретения первое и второе амортизирующие средства выполнены в виде спиральных пружин сжатия.

В альтернативном варианте первое и второе амортизирующие средства выполнены в виде спиральных пружин сжатия и расположены между внутренним и наружным постоянными магнитами.

Согласно второму варианту реализации изобретения к одному концу подвижного элемента присоединен ряд немагнитных стержней, на концах которых установлен опорный элемент для соединения с приводным компонентом.

Согласно другому варианту реализации изобретения предлагается выключатель с приводом по второму варианту, содержащий изоляционно-приводную штангу, присоединенную к подвижному элементу для обеспечения ее линейного перемещения посредством подвижного элемента привода, тем самым выполнения операций размыкания и замыкания.

Согласно третьему варианту реализации изобретения предлагается привод, содержащий ряд приводимых в действие электромагнитной силой исполнительных частей, установленных в корпусе из магнитного материала, причем каждая из исполнительных частей содержит кольцевые внутренний и наружный постоянные магниты, концентрически установленные с радиальным промежутком между указанными магнитами; подвижный элемент с кольцевым соленоидом, установленный с возможностью линейного перемещения в осевом направлении между внутренним и наружным постоянными магнитами и линейно перемещаемый в осевом направлении между внутренним и наружным постоянными магнитами под действием электромагнитных сил отталкивания, создаваемых магнитными полями внутреннего и наружного постоянных магнитов и протекающим в соленоиде током; ряд стержней, присоединенных к подвижным элементам; и несущий элемент, соединяющий концы стержней.

Согласно третьему варианту реализации изобретения на обоих концах внутреннего и наружного постоянных магнитов предусмотрены первые кольцевые внутренний и наружный дополнительные постоянные магниты и вторые кольцевые внутренний и наружный дополнительные постоянные магниты соответственно, а подвижный элемент объединен с соленоидом посредством размещения первого и второго магнитных колец на обоих концах соленоида соответственно.

Согласно одному варианту реализации изобретения в качестве внутреннего и наружного постоянных магнитов могут быть применены сверхпроводящие магниты.

Согласно еще одному варианту реализации изобретения предлагается выключатель с приводом по третьему варианту изобретения, содержащий изоляционно-приводную штангу, присоединенную к несущему элементу для обеспечения ее линейного перемещения посредством подвижных элементов, тем самым выполнения операций размыкания и замыкания.

Краткое описание чертежей

Вышеописанные и прочие цели, особенности и преимущества настоящего изобретения станут более ясными из нижеследующего подробного описания в сочетании с прилагаемыми чертежами, а именно:

фиг.1 - разрез известного выключателя с автопневматическим гашением дуги в замкнутом состоянии;

фиг.2 - увеличенный вид разрывной секции, изображенной на фиг.1, в состоянии гашения дуги;

фиг.3 - разрез привода в соответствии с первым предпочтительным вариантом реализации изобретения;

фиг.4 - разрез фиг.3 в плоскости А-А;

фиг.5-7 - последовательные изображения выключателя с приводом по первому варианту реализации изобретения при переключении из замкнутого положения в разомкнутое положение с переходом через положение гашения дуги;

фиг.8 - трехмерное изображение в разрезе конструкции привода согласно второму предпочтительному варианту реализации изобретения;

фиг.9 и 10 - виды деталей, показывающие конструкцию элементов привода согласно второму варианту реализации изобретения;

фиг.11 - разрез выключателя, оснащенного приводом в соответствии со вторым вариантом реализации изобретения;

фиг.12-15 - разрезы, изображающие последовательные этапы работы привода согласно второму варианту реализации изобретения;

фиг.16 и 17 - графики, изображающие характеристики силы, действующей на подвижный элемент, и тока, когда привод согласно второму варианту реализации изобретения оснащен только внутренним и наружным постоянными магнитами без первого и второго магнитных колец и дополнительных постоянных магнитов;

фиг.18 и 19 - графики, изображающие характеристики силы и тока, когда привод согласно второму варианту реализации изобретения оснащен также первым и вторым магнитными кольцами и дополнительными постоянными магнитами; и

фиг.20 и 21 - вид в плане и трехмерное изображение в разрезе электромагнитного привода согласно третьему варианту реализации изобретения соответственно.

Осуществление изобретения

Ниже описываются предпочтительные варианты реализации изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. В нижеследующем описании настоящего изобретения подробное описание известных функций и конструкций, используемых в нем, будет опущено, если оно будет затемнять сущность предлагаемого изобретения.

Пример 1

На фиг.3 и 4 изображен привод в соответствии с первым предпочтительным вариантом реализации изобретения. На фиг.3 конструкция привода представлена в разрезе, а на фиг.4 изображен разрез в плоскости А-А по фиг.3.

На фиг.3 справа привод показан в состоянии перед срабатыванием (т.е. при замкнутом состоянии), а слева - в состоянии после срабатывания (т.е. при разомкнутом состоянии).

Как показано на фиг.3 и 4, привод 100 в соответствии с изобретением является электромагнитным приводом и состоит из внутреннего кожуха 110, наружного кожуха 120, внутреннего и наружного постоянных магнитов 130, 132, соленоида 140 и подвижного элемента 150.

Внутренний и наружный кожухи 110, 120 выполнены из магнитного материала и расположены концентрически с заданным радиальным промежутком между ними.

Внутренний постоянный магнит 130 прилегает к наружной поверхности внутреннего кожуха 110, а наружный постоянный магнит 132 прилегает к внутренней поверхности наружного кожуха 120. Соответственно, внутренний и наружный постоянные магниты 130, 132 разделены между собой заданным радиальным промежутком.

Соленоид 140 может линейно перемещаться в осевом направлении между внутренним и наружным постоянными магнитами 130, 132. Ток в соленоид 140 поступает по питающей линии 142.

Подвижный элемент 150 выполнен из немагнитного материала, и соленоид 140 установлен на его конце. Поэтому подвижный элемент 150 линейно перемещается в осевом направлении между внутренним и наружным постоянными магнитами 130, 132 в результате взаимодействия магнитного поля, создаваемого внутренним и наружным постоянными магнитами 130, 132 и электрического поля, создаваемого соленоидом 140, когда в соленоид 140 подается ток.

В варианте, изображенном на фиг.3 и 4 подвижный элемент 150 содержит подвижное кольцо 152 и подвижный шток 154.

Более конкретно, подвижное кольцо 152 может линейно перемещаться в осевом направлении между внутренним и наружным постоянными магнитами 130, 132. Соленоид 140 расположен на конце подвижного кольца 152. Соответственно, когда в соленоид 140 подается ток, подвижное кольцо 152 линейно перемещается в осевом направлении вместе с соленоидом 140.

Подвижный шток 154 может линейно перемещаться в середине внутреннего кожуха 110. В то же время один конец подвижного штока 154 связан с подвижным кольцом 152. Поэтому подвижный шток 154 линейно перемещается в осевом направлении вместе с подвижным кольцом 152.

В варианте реализации изобретения, показанном на фиг.3, подвижное кольцо 152 и подвижный шток 154 объединены в общую конструкцию соединительными стержнями 156 и соединительной пластиной 158.

Несколько соединительных стержней 156 отходят от подвижного кольца 152, а соединительная пластина 158 соединена с концами соединительных стержней 156.

Подвижный шток 154 отходит от центра соединительной пластины 158 и входит при своем линейном перемещении во внутренний кожух 110.

С обоих концов внутреннего и наружного кожухов 110, 120 в промежутках между ними расположены первая и вторая концевые пластины 160, 162. Концевые пластины 160, 162 выполнены из магнитного материала и предназначены для замыкания внутреннего и наружного кожухов 110, 120 с обеих сторон, обеспечивая тем самым возможность беспрепятственного прохождения магнитного потока между внутренним и наружным кожухами 110, 120. При этом соединительные стержни 156 проходят сквозь вторую концевую пластину 162 и соединяются с соединительной пластиной 158.

Привод вышеописанной конструкции представляет собой электромагнитный привод (EMFA), в котором подвижный элемент 150 линейно перемещается под действием сил, возникающих согласно правилу левой руки в результате взаимодействия между магнитным полем постоянных магнитов 130, 132 и током, протекающим в соленоиде 140.

Как показано на левом чертеже на фиг.3, когда в катушку соленоида 140 подается ток, то в результате взаимодействия между магнитным полем постоянных магнитов 130, 132 и электрическим полем тока в соленоиде 140 возникает сила, которая перемещает соленоид 140 в осевом направлении. В результате соленоид 140 перемещается в осевом направлении вместе с подвижным элементом 150.

Более конкретно, когда ток в катушке соленоида 140 течет в направлении, показанном на фиг.3 слева, к соленоиду 140 приложена сила, направленная вниз, в результате чего соленоид 140 и подвижное кольцо 152 перемещаются вниз.

Когда подвижное кольцо 152 движется вниз, и соединительные стержни 156, присоединенные к подвижному кольцу 152, движутся вниз вместе с ним, возникает состояние, изображенное на фиг.3 справа.

В приводе 100 вышеописанной конструкции сила, действующая в осевом направлении, создается при протекании тока в катушке соленоида 140, расположенного в пространстве, образованном магнитным полем постоянных магнитов 130, 132, перпендикулярно к магнитному полю.

Как указывалось выше, поскольку обычный привод РМА, соответствующий уровню техники, является системой перемещения подвижного элемента силами, создаваемыми магнитным полем постоянного магнита и магнитным полем тока, протекающего в соленоиде, магнитопровод, по которому замыкаются магнитные поля, должен быть выполнен из магнитного материала, и подвижный элемент также должен быть выполнен из магнитного материала.

Соответственно, чтобы увеличить усилие привода, в соленоид нужно подать больший ток. Однако из-за насыщения магнитного материала нельзя достичь заданного усилия или увеличить его, даже если неограниченно увеличивать силу тока. Вдобавок, поскольку для решения проблемы нужно увеличивать размеры магнитопровода, привод становится слишком большим. Далее, поскольку магнитная индукция, создаваемая постоянным магнитом и током в соленоиде, обратно пропорциональна квадрату длины немагнитного промежутка, это ограничивает возможность применения привода РМА в выключателях высокого и сверхвысокого напряжения, в которых промежуток между контактными точками разрывной секции велик.

В приводе же, предлагаемом в изобретении, ток течет в направлении, перпендикулярном к направлению магнитного поля, и в соответствии с правилом левой руки на подвижный элемент действует сила F=∫(J×B)du, где J - плотность тока, В - магнитная индукция.

Магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом в известном приводе, сталкивается с проблемой насыщения магнитного материала, описанной выше, а магнитная индукция сильно снижается с увеличением длины немагнитного промежутка. В то же время в приводе 100, предлагаемом в изобретении, в ситуации, когда магнитное поле создается постоянными магнитами в области, прилегающей к соленоиду 140, а вектор плотности тока в соленоиде 140 перпендикулярен к направлению магнитного поля, и используется электромагнитная отталкивающая сила в соответствии с правилом левой руки, ток, протекающий в соленоиде 140, непосредственно преобразуется в силу. Соответственно, при увеличении тока в соленоиде 140 усилие увеличивается в такой же степени.

Соответственно, поскольку привод 100, предлагаемый в изобретении, приводится в действие электромагнитной силой отталкивания, создаваемой взаимодействием внешней магнитной индукции и тока в соленоиде 140, а не электромагнитной силой, создаваемой магнитным полем тока соленоида 140 в немагнитном промежутке, можно получить большее усилие на приводе просто за счет увеличения числа витков в соленоиде 140 или увеличения тока, не опасаясь насыщения магнитного материала под действием электромагнитных сил, что позволит радикально уменьшить габариты и вес привода. Иными словами, можно получить значительно большее усилие на приводе при тех же габаритах и массе.

Между тем, в промежутке между подвижным элементом и железным сердечником (статором) в известном из уровня техники приводе РМА должна быть обеспечена достаточная магнитная индукция. Поскольку магнитная индукция обратно пропорциональна квадрату длины немагнитного промежутка, то для создания требуемой магнитной индукции нужно увеличивать ток в катушке. Соответственно, возрастет индуктивность, т.е. начальная скорость срабатывания станет недопустимо мала. В то же время в приводе 100, предлагаемом в изобретении, начальная скорость срабатывания очень велика, поскольку электромагнитная сила отталкивания от внешнего магнитного поля возникает в тот самый момент, когда в соленоид 140 подается ток.

На фиг.5-7 представлен предпочтительный вариант конструкции выключателя, предлагаемого в изобретении, в котором использован вышеописанный привод, причем на фиг.5 выключатель показан в замкнутом состоянии, на фиг.6 - в состоянии гашения дуги, а на фиг.7 - в окончательно разомкнутом состоянии.

На чертежах конструктивные элементы, совпадающие с соответствующими элементами фиг.1-4, обозначены теми же номерами, а совпадающие объяснения будут опущены.

Как показано на фиг.5-7, в предлагаемом согласно изобретению выключателе изоляционно-приводная штанга 25 соединена с концом подвижного элемента 150 привода 100. Поэтому изоляционно-приводная штанга 25 перемещается в осевом направлении при перемещении подвижного элемента 150, осуществляя при этом операции замыкания и размыкания.

Конкретно, один конец изоляционно-приводной штанги 25 соединен с концом подвижного штока 154 подвижного элемента 150 осью 170.

В выключателе в данном варианте конец изоляционно-приводной штанги 25 может соединяться с концом подвижного штока 154 подвижного элемента 150 непосредственно, как показано на фиг.5-7, или через соединительный механизм.

В выключателе в данном варианте амортизатор 180 предпочтительно располагается в области, находящейся в конце хода размыкания подвижного элемента 150. Амортизатор 180 служит для поглощения или смягчения удара в результате столкновения подвижного кольца 152 подвижного элемента 150 со второй концевой пластиной 162, когда подвижный элемент 150 движется в направлении размыкания. Как показано на фигурах, амортизатор 180 может представлять собой спиральную пружину сжатия.

Выключатель, сконструированный описанным выше образом, оснащен приводом 100 в соответствии с первым вариантом реализации изобретения. Поскольку операция размыкания выключателя уже рассмотрена подробно со ссылками на фиг.1 и 2, а работа привода 100 была описана со ссылками на фиг.3 и 4, совпадающие объяснения будут опущены.

Сначала, когда в энергосистеме происходит авария, и в замкнутом выключателе, изображенном на фиг.5, протекает ток короткого замыкания, в несколько раз превышающий нормальное значение тока, этот ток проходит через соленоид 140 привода 100. Затем, как показано на фиг.6, когда соленоид 140 и подвижный элемент 150 начинают двигаться, они тянут за собой изоляционно-приводную штангу 25. При этом подвижный дугогасящий контакт 21 отходит от неподвижного дугогасящего контакта 11, а подвижный главный контакт 22 отходит от неподвижного главного контакта 12. Одновременно распылительный цилиндр 24 перемещается навстречу неподвижному поршню 14, вследствие чего дугогасящий газ в распылительном цилиндре 24 сжимается. Сжатый дугогасящий газ проходит через отверстие 17 и проток 18, гася плазму дуги, образовавшейся между неподвижным дугогасящим контактом 11 и подвижным дугогасящим контактом 21.

После этого, когда подвижный элемент 150 отходит дальше, отводя за собой изоляционно-приводную штангу 25, возникает полностью разомкнутое состояние, изображенное на фиг.7.

При этом в конце движения подвижного элемента 150 конец подвижного элемента 150 наталкивается на амортизатор 180, поглощающий силу удара. Соответственно, поскольку скорость движения подвижного элемента 150 на последнем этапе операции размыкания снижается, подвижное кольцо 152 подвижного элемента 150 не сталкивается со второй концевой пластиной 162.

Как уже говорилось выше, требуются достаточно большие усилия и высокие скорости, чтобы прервать ток короткого замыкания и быстро восстановить изоляцию между электродами. В частности, для выключателей высокого и сверхвысокого напряжения с высокой разрывной мощностью требуется привод, развивающий очень большое усилие.

В выключателе, предлагаемом в изобретении, нет необходимости учитывать насыщение магнитного материала, поскольку в нем используется привод 100, основанный на принципе электромагнитной отталкивающей силы. Соответственно, поскольку можно увеличивать приводное усилие просто за счет увеличения числа витков соленоида 140 или увеличения силы тока, можно получить значительно большее усилие на приводе при тех же габаритах и весе привода. Поэтому предлагаемый в изобретении привод имеет очень высокую начальную скорость.

Таким образом, выключатель с приводом 100, предлагаемый в изобретении, может иметь великолепные эксплуатационные характеристики в сетях с напряжением 365 кВ и выше в качестве выключателя для высоких и сверхвысоких напряжений, при которых было бы затруднительно применить привод, известный из уровня техники. В частности, выключатель, предлагаемый в изобретении, может иметь великолепные эксплуатационные характеристики в качестве газового выключателя, который должен развивать энергию также для сжатия дугогасящего газа, и в качестве газового выключателя с автопневматическим гашением дуги.

Далее, поскольку размер и действующее усилие предлагаемого в изобретении выключателя можно увеличивать или уменьшать, изменяя число витков катушки соленоида и т.п., то такой выключатель можно применять в качестве выключателя малого веса и размера для низкого напряжения, так же как и в качестве выключателя для высоких и сверхвысоких напряжений.

Хотя в вышеприведенном изложении в качестве примера был описан изображенный на чертежах выключатель с автопневматическим типом гашения дуги, привод, предлагаемый в изобретении, может быть применен в большинстве выключателей, там, где требуются большие усилия и высокие скорости, например, в вакуумных выключателях, масляных выключателях, в выключателях с терморасширительным и гибридным типом гашения дуги и т.д. с очень высокой эффективностью.