Устройство защитного отключения коммутационного прибора

Устройство защитного отключения коммутационного прибора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение касается устройства защитного отключения коммутационного прибора с подвижными друг относительно друга контактными элементами, содержащего передаточный механизм для создания относительного движения между контактными элементами со стопорной защелкой и отключающим средством, установленным с возможностью перемещения к стопорной защелке для приведения ее в действие.

Такого рода устройство защитного отключения коммутационного прибора известно из полезной модели DE 29715900 U1. В раскрытом там устройстве защитного отключения предусматривается использование передаточного механизма для эксплуатации коммутационного прибора с подвижными друг относительно друга контактными элементами, причем такой передаточный механизм имеет стопорную защелку и подвижное отключающее средство для приведения в действие этой стопорной защелки. Это известное устройство защитного отключения для многополюсного коммутационного прибора имеет по одной стопорной защелке для каждого полюса и по одному предназначенному для нее отключающему средству. Таким образом, можно синхронизировать между собой эти отключающие средства и выключать эти несколько коммутационных полюсов приблизительно одновременно или устанавливать отключение движения контактов на отдельных полюсах коммутационного прибора с желаемым временным сдвигом. Однако недостатком является то, что при отказе устройства защитного отключения на одном из полюсов из строя выходит весь коммутационный прибор. Таких сбоев следует избегать.

Поэтому задачей изобретения является создание устройства защитного отключения коммутационного прибора, которое обладает повышенной эксплуатационной надежностью.

Эта задача в устройстве защитного отключения коммутационного прибора указанного вначале рода согласно изобретению решается тем, что одну и ту же стопорную защелку приводят в действие одно первое и одно второе отключающие средства.

Электрический коммутационный прибор представляет собой, например, силовой выключатель, предназначенный для прерывания и, соответственно, для создания токовой цепи между двумя участками токопровода. Коммутационный прибор как таковой имеет, например, подвижные друг относительно друга контактные элементы. Для прерывания или, соответственно, создания токовой цепи необходимо произвести относительное движение между этими контактными элементами. Можно, например, для создания токовой цепи приблизить оба контактных элемента друг к другу, и при этом произойдет их гальванический контакт, так что возникнет замкнутая цепь тока. И, наоборот, при размыкании токовой цепи предусматривается отведение обоих подвижных контактов друг от друга, так что в результате происходит их гальваническое разъединение. Соответственно получается место разъединения в токовой цепи, и токовая цепь разорвана.

Электрический коммутационный прибор может быть однополюсным или многополюсным. Однополюсный коммутационный прибор предназначен для того, чтобы коммутировать одну единственную цепь тока. Многополюсный коммутационный прибор имеет несколько полюсов. Многополюсный коммутационный прибор может использоваться для того, чтобы коммутировать несколько токовых цепей одной многофазной сети передачи электроэнергии. Соответственно, коммутационные движения отдельных полюсов многополюсного коммутационного прибора согласованы друг с другом по времени.

В зависимости от выполнения электрического коммутационного прибора его включение и, соответственно, выключение связано со сравнительно быстрыми движениями контактных элементов друг относительно друга. Такое движение должно вызываться при необходимости в течение нескольких миллисекунд, чтобы быстро осуществить коммутационный процесс. Поэтому обычно используют аккумулирующие устройства, которые могут заряжаться в течение относительно большого промежутка времени. Накопленная в таком аккумулирующем устройстве энергия может отдаваться в течение более коротких промежутков времени, чем этого требует зарядка аккумулирующего устройства. Хорошо зарекомендовали себя, например, механические аккумуляторы, например, пружинные аккумуляторы, содержащие по меньшей мере одну аккумуляторную пружину, которая аккумулирует энергию при сжатии и для зарядки затягивается, а для создания движения переключающих контактных элементов друг относительно друга может резко распрямляться.

Аккумуляторные пружины могут находить применение в различных конструктивных вариантах. Например, могут использоваться винтовые пружины, спиральные пружины, стержневые пружины, газовые пружины и т.д. Затягивание и, соответственно, освобождение аккумуляторной пружины может осуществляться, например, с помощью передаточного механизма. Такая аккумуляторная пружина является частью этого передаточного механизма, причем отбираемая от этой аккумуляторной пружины во время ее освобождения энергия преобразуется в движение одного подвижного контактного элемента или нескольких подвижных контактных элементов. Для обеспечения легкого распрямления затянутой аккумуляторной пружины передаточный механизм выполняют со стопорной защелкой, которая удерживает и, соответственно, блокирует аккумуляторную пружину в затянутом состоянии. Стопорная защелка может, например, содержать механизм, который позволяет блокировку затянутой пружины, причем для освобождения этой затянутой пружины требуется небольшое количество энергии. Стопорная защелка может иметь механизм из нескольких деталей, как например, коленчато-рычажную конструкцию, которая размыкается с помощью отключающего средства. Стопорная защелка приводится в движение посредством отключающего средства, причем за счет этого движения стопорной защелки затянутая аккумуляторная пружина освобождается. Соответственно, с помощью передаточного механизма для создания относительного движения между контактными элементами коммутационного прибора может быть осуществлено высвобождение накопленной силы, которая служит для привода по меньшей мере одного контактного элемента. Предпочтительно движение отключающего средства вызывает движения отключения, т.е. разъединение подвижных друг относительно друга контактных элементов.

Если же использовать одно первое отключающее средство и одно второе отключающее средство, которые выполнены с возможностью перемещения относительно одной и той же стопорной защелки и, соответственно, приведения ее в движение, то можно повысить надежность устройства защитного отключения коммутационного прибора. Даже в случае выхода из строя одного отключающего средства оставшееся отключающее средство сможет в одиночку вызвать перемещение стопорной защелки. При этом оба отключающих средства рассчитывают таким образом, что каждое отключающее средство может в одиночку развивать достаточную энергию, чтобы привести в движение стопорную защелку и в результате высвободить накопленную в аккумуляторном устройстве энергию. Оба отключающих средства включаются механически параллельно друг другу.

В другом предпочтительном варианте осуществления можно предусмотреть, чтобы каждое из этих отключающих средств было установлено с возможностью линейного перемещения.

Подвижная установка отключающих средств позволяет выбирать компактные конструкции для позиционирования этих отключающих средств внутри передаточного механизма. За счет установки с возможностью линейного движения можно простым образом передать на стопорную защелку ход, совершаемый в направлении оси поступательного движения отключающих средств. Тем самым, можно прямо и непосредственно управлять стопорной защелкой посредством обоих отключающих средств и за счет этого отказаться от промежуточных конструктивных групп кинематической цепи. Благодаря этому достигается повышенная эксплуатационная надежность. Наряду с прямым приведением в действие стопорной защелки посредством отключающих средств можно предусмотреть и непрямое, соответственно, опосредованное приведение в действие стопорной защелки с помощью этих отключающих средств. Так, например, движение отключающего средства передается по кинематической цепи. Тем самым расположение отключающего средства и стопорной защелки в непосредственной пространственной близости друг от друга не является обязательно необходимым. В качестве частей кинематической цепи могут использоваться, например, рычаги, толкатели, пальцы, зубчатые колеса, зубчатые рейки, цепные передачи, канатные передачи и т.д.

Еще один предпочтительный вариант осуществления может предусматривать, что первое отключающее средство приводится в действие посредством первого приводного устройства, а второе отключающее средство - посредством второго приводного устройства.

Использование первого и второго приводных устройств для соответствующих отключающих средств имеет то преимущество, что независимо от состояния одного отключающего средства второе отключающее средство может оставаться работоспособным. Для этого такие приводные устройства должны оказывать свое силовое воздействие независимо друг от друга. В качестве приводного устройства пригодны, например, электродинамические приводы, пневматические приводы, гидравлические приводы и т.д., которые в состоянии инициировать движение отключающего устройства в зависимости от управляющего сигнала. При этом предпочтительными оказались электродинамические привода, так как при компактных конструктивных выполнениях они могут оказывать на отключающие средства высокие усилия для приведения их в действие. Кроме того, управление электродинамическим приводом может быть относительно простым. При этом такие приводные устройства могут управляться одним и тем же устройством управления. Однако, можно также предусмотреть, чтобы первым и вторым приводным устройством управляли соответствующие работающие независимо друг от друга устройства управления. Предпочтительно предусмотреть, чтобы управление обоими приводными устройствами происходило максимально одновременно. Это может быть достигнуто, в частности, тем, что для обоих приводных устройств предусмотрено общее устройство управления, так что одни и те же импульсы могут использоваться для управления первым и вторым приводным устройством. Однако, можно также предусмотреть, чтобы использовались два устройства управления, работающих по разным критериям, например, по разным алгоритмам, и за счет этого будет дополнительно снижаться риск выхода из строя устройства защитного отключения коммутационного прибора.

Кроме того, предпочтительно предусмотреть, чтобы первое и второе приводное устройство оказывали силовое воздействие на соответствующее отключающее средство независимо друг от друга.

Если каждое из обоих приводных устройств воздействует на соответствующее отключающее средство независимо от другого, то каждое из отключающих средств может оказывать силовое воздействие на стопорную защелку независимо от другого отключающего средства. Таким образом, движение стопорной защелки может быть вызвано любым отключающим средством независимо от того, в каком состоянии находится второе из этих отключающих средств или соответствующее ему приводное устройство.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления может быть предусмотрено, что второе отключающее средство может перемещаться относительно стопорной защелки при промежуточном расположении между ними первого отключающего средства.

Если устройство защитного отключения коммутационного прибора устроено таким образом, что второе отключающее средство может перемещаться относительно стопорной защелки при промежуточном расположении первого отключающего средства, то для такого устройства защитного отключения коммутационного прибора может быть, например, найдено компактное решение. Оба этих отключающих средства подключены механически последовательно. За счет того, что, второе отключающее средство может перемещаться относительно стопорной защелки при промежуточной установке первого отключающего средства, это первое отключающее средство является звеном кинематической цепи, которая служит для передачи силы и движения от второго отключающего средства к стопорной защелке. По ходу этой кинематической цепи в нее через первое приводное устройство дополнительно может быть подключено приводное усилие. Тем самым силовые воздействия обоих отключающих средств могут накладываться друг на друга, чтобы повысить перестановочное усилие на стопорную защелку. Однако, можно также предусмотреть, чтобы второе отключающее средство помогало преодолеть момент отрыва первого отключающего средства. В частности у относительно редко включаемых коммутационных приборов может случиться, что передаточный механизм и, соответственно, отключающее средство заблокированы в своем положении. Например, жиры и масла могут заполимеризоваться, металлические детали могут заржаветь, а подшипники заклиниться. Благодаря механическому последовательному включению обоих отключающих средств заклинивание первого отключающего средства можно преодолеть за счет дополнительного силового воздействия второго отключающего средства и сделать устройство защитного отключения для коммутационного прибора снова работоспособным.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления можно предусмотреть, чтобы оси перемещения первого и второго отключающих средств были ориентированы параллельно, в частности коаксиально друг другу.

В частности при линейно подвижной установке отключающих средств они должны быть ориентированы максимально параллельно, в частности коаксиально друг другу. Параллельность позволяет обеспечить одинаковое воздействие сил на стопорную защелку в направлении осей движения обоих отключающих средств, так что могут быть сконструированы механически простые стопорные защелки, которые, с одной стороны, могут прилагать большие фиксирующие усилия к затянутой аккумуляторной пружине, а с другой стороны, могут отпускать эту аккумуляторную пружину путем приложения небольших управляющих усилий. В частности, при коаксиальном ориентировании осей движения отключающих средств можно, например, простым образом привести в действие стопорную защелку посредством второго отключающего средства при промежуточно установленном первом отключающем средстве. Например, отключающие средства могут быть выполнены по существу в виде пальцев, причем эти пальцы ориентированы аксиально друг за другом, и один палец может приводиться в движение относительно другого пальца в осевом направлении.

Кроме того, может оказаться предпочтительным, направлять второе отключающее средство по первому отключающему средству.

В частности, при возрастающей потребности в миниатюризации приводных устройств и, тем самым, самих устройств защитного отключения для коммутационных приборов с передаточным механизмом необходимо располагать отдельные конструктивные узлы все ближе друг к другу. Если использовать первое отключающее средство для того, чтобы направлять второе отключающее средство или, соответственно, удерживать его, то количество необходимых опорных элементов может быть снижено. Например, первое отключающее средство может иметь канавку или выемку, в которую упирается второе отключающее средство или, соответственно, по которой это отключающее средство направляется.

Далее, может быть предпочтительно, чтобы второе отключающее средство входило в выемку первого отключающего средства, в частности проходило сквозь нее.

Использование выемки, например, втулки в первом отключающем средстве позволяет второму отключающему средству проходить через эту выемку, например, с изменением положения. Такая выемка может также служить для проводки отключающих средств друг по другу, в частности установку или, соответственно, создание опоры для второго отключающего средства на первом отключающем средстве. Второе отключающее средство может быть установлено в выемке, в частности во втулке, с возможностью вращения и/или смещения. Так, первое отключающее средство, в свою очередь опирающееся на какое-то опорное устройство, может использоваться для того, чтобы по меньшей мере частично направлять второе отключающее устройство, так что можно по меньшей мере упростить создание отдельного опорного устройства для второго отключающего средства или полностью отказаться от него. Например, можно предусмотреть, чтобы такая выемка позволяла линейное движение второго отключающего средства, так что при использовании двух линейно перемещаемых отключающих средств оба они будут направляться параллельно, в частности коаксиально друг другу. Еще одним преимуществом может быть то, что при выполнении первого отключающего средства в виде тела, симметричного относительно оси вращения, прохождение через эту выемку происходит коаксиально оси вращения первого отключающего средства.

Преимущество следует при этом усматривать в том, что первое отключающее средство охватывает второе отключающее средство по меньшей мере частично как полый цилиндр.

Первое отключающее средство может быть выполнено по меньшей мере частично как полый цилиндр, причем выполненный в виде полого цилиндра участок первого отключающего средства охватывает второе отключающее средство. За счет этого охвата образуется выемка, которая, например, служит направляющей для второго отключающего средства. Например, первое отключающее средство может быть по меньшей мере частично выполнено в виде полого цилиндра, при этом толщина стенки на этом участке в виде полого цилиндра может быть различной. Участок в виде полого цилиндра может иметь, например, круглое поперечное сечение, прямоугольное, овальное, многоугольное и т.п. поперечное сечение. Предпочтительно выполнять симметричными относительно оси вращения как первое, так и второе отключающие средства.

Еще одно преимущество может обеспечиваться тем, по меньшей мере одно отключающее средство располагается как якорь в приводном элементе, выполненном в виде подвижной катушки.

Приводной элемент служит для того, чтобы вызывать движение отключающего средства. Таким образом, приводной элемент преобразует какую-то форму энергии в энергию движения. Предпочтительными для преобразования электрической энергии в механическую энергию оказались электродинамические приводы, поскольку они обеспечивают хорошее регулирование и, соответственно, хорошо настраиваются. Использование подвижной катушки в качестве приводного элемента позволяет прямым образом передавать линейное движение на отключающее средство, выполненное как якорь. Такой якорь может быть установлен, например, с возможностью линейного перемещения вдоль оси, причем этот якорь может погружаться в подвижную катушку или, соответственно, выдвигаться из этой подвижной катушки. Возвратные усилия могут создаваться, например, возвратными пружинами, силой тяжести и т.д., чтобы возвратить якорь в исходное положение. При приведении в действие отключающее средство, выполненное как якорь, выдвигается из своего исходного положения, чтобы вызвать движение и, соответственно, отключение стопорной защелки. Для этого якорь опосредованно или непосредственно перемещается к точке приложения силы к стопорной защелке. После произошедшего отключения стопорной защелки осуществляется возвратное движение отключающего средства в свое исходное положение.

Пример осуществления изобретения схематично показан на приложенных чертежах и подробно поясняется в нижеследующем описании.

НА ЧЕРТЕЖАХ ПОКАЗАНО СЛЕДУЮЩЕЕ:

Фиг. 1 - первый вариант выполнения устройства защитного отключения коммутационного прибора,

Фиг. 2 - второй вариант выполнения устройства защитного отключения коммутационного прибора,

Фиг. 3 - третий вариант выполнения устройства защитного отключения коммутационного прибора,

Фиг. 4 - детали четвертого варианта выполнения устройства защитного отключения коммутационного прибора в не смонтированном состоянии и

Фиг. 5 - четвертый вариант выполнения устройства защитного отключения коммутационного прибора, собранный из деталей по фиг. 4.

На фиг. 1, 2, 3 и 5 представлены варианты выполнения устройства защитного отключения коммутационного устройства, причем все они в качестве примера показаны с разными передаточными механизмами. Эти передаточные механизмы показаны схематично и лишь как примеры их выполнения. Показанные на этих фигурах передаточные механизмы, а также их элементы являются взаимозаменяемыми. Поэтому на фигурах конструктивные узлы одинакового действия обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Кроме того, могут использоваться и альтернативные варианты выполнения одного передаточного механизма. Упомянутые фигуры с представленными на них передаточными механизмами служат более простому пониманию работы и использования устройства защитного отключения коммутационного прибора.

На фиг. 1 показан первый вариант выполнения устройства защитного отключения коммутационного прибора, где схематично представлен коммутационный прибор 1. Коммутационный прибор 1 имеет первый контактный элемент 2, а также второй контактный элемент 3. Первый контактный элемент 2 в данном варианте расположен неподвижно. Второй контактный элемент 3 выполнен с возможностью линейного перемещения, так что между zwisc hen первым и вторым контактными элементами 2, 3 имеется относительная подвижность (см. двойную стрелку). Контактный элемент 3 связан с аккумуляторной пружиной 4, так что движение отключения, т. е. отделение обоих контактных элементов 2, 3 друг от друга вызывается энергией, которая отбирается у затянутой аккумуляторной пружины 4.

Аккумуляторная пружина 4 является частью передаточного механизма для создания относительного движения между контактными элементами 2, 3. Аккумуляторная пружина 4 в данном варианте выполнена в виде винтовой пружины, которая установлена неподвижно. Для затягивания аккумуляторной пружины 4 предусмотрен электродвигатель 5. Электродвигатель 5 через кинематическую цепь 6 связан с аккумуляторной пружиной 4. Кинематическая цепь 6 содержит тросовую тягу, которая намотана вокруг вала, приводимого во вращение электродвигателем 5. Тем самым можно посредством электродвигателя 5 совершать работу натяжения для затягивания аккумуляторной пружины 4 и затягивать эту аккумуляторную пружину 4.

Последующее описание функционирования отключающих средств, а также их взаимодействия с другими конструктивными узлами действительно и для вариантов осуществления по фиг. 2, 3 и 5. Поэтому конструктивные узлы, выполняющие одинаковые функции, обозначены одинаковыми ссылочными позициями. В затянутом состоянии аккумуляторная пружина блокируется стопорной защелкой 7, так что распрямление аккумуляторной пружины 4 возможно лишь после срабатывания стопорной защелки 7. Стопорная защелка 7 выполнена в виде цельного фиксатора.

Распрямление аккумуляторной пружины 4 происходит при этом скачкообразно, так что происходит скачкообразное относительное движение между обоими контактными элементами 2, 3, в частности в ходе процесса выключения. Чтобы сделать возможным соответствующее скачкообразное распрямление аккумуляторной пружины 4, в кинематической цепи 6 для приводимого во вращения вала следует предусмотреть, например, развязывающий модуль, так что будет предотвращаться тормозящее действие кинематической цепи 6, соответственно, электродвигателя 5.

Стопорная защелка 7 установлена с возможностью линейного перемещения. При этом линейная подвижность возможна в направлении оси 8. Например, направление перемещения стопорной защелки 7 согласно фиг. 1 задается имеющимися в этой стопорной защелке 7, проходящими в направлении оси 8 вытянутыми отверстиями 9, причем через эти вытянутые отверстия 9 проходят направляющие пальцы 10. Каждый из направляющих пальцев 10 на концах снабжен резьбой, так что эти направляющие пальцы 10, с одной стороны, могут быть закреплены в пластине основания, а с другой стороны, навинчиваемые на резьбу направляющих пальцев 10 соответствующие гайки препятствуют удалению стопорной защелки 7 с этих направляющих пальцев 10.

Для приведения в движение стопорной защелки 7 предусмотрены первое отключающее средство 11 и второе отключающее средство 12. Оба отключающих средства 11, 12 выполнены в форме пальцев, причем каждый из пальцев отключающих средств 11, 12 перемещается в соответствующем сердечнике 13. Эти сердечники 13 направляют соответствующие отключающие средства 11, 12 параллельно оси 8, причем отключающие средства 11, 12 установлены с возможностью линейного перемещения параллельно оси 8. Эти сердечники 13 могут брать на себя функцию корпуса, окружающего отключающие средства 11, 12. Оба отключающих средства 11, 12 выполнены при этом как втяжной якорь соответствующих подвижных катушек 14, которые служат в качестве приводных элементов. Подвижная катушка 14 с якорем представляет собой электродинамический приводной элемент. Соответствующие отключающие элементы 11, 12 служат якорями соответствующих подвижных катушек 14. На фиг. 1 представлено исходное положение отключающих средств 11, 12. С помощью возвратной пружины 15, расположенной коаксиально соответствующему отключающему средству 11, 12, оба отключающих средства 11, 12 отжимаются от стопорной защелки 7 в их исходные положения. Вместо возвратной пружины 15 для создания возвратного усилия могут также использоваться альтернативные устройства. Например, отключающие средства 11, 12 могут под действием своего веса «выпадать» в свое исходное положение. Контропору для исходящего от возвратной пружины 15 усилия и упоры для конечных положений отключающих средств 11, 12 могут предоставить соответствующие сердечники 13. Отключающие средства 11, 12 на своих обращенных от стопорной защелки 7 концах выполнены с радиально выступающим плечом, каждое из которых попеременно прилегает к упорам конечных положений соответствующего сердечника 13.

При протекании тока по подвижной катушке 14 происходит магнитное силовое воздействие на соответствующее отключающее средство 11, 12, за счет чего эти отключающие средства 11, 12, преодолевая действие соответствующей возвратной пружины 15, перемещаются в направлении стопорной защелки 7. Каждое отключающее средство 11, 12 совершает линейный ход в направлении оси 8, упирается в стопорную защелку 7 в соответствующей точке приложения силы и смещает стопорную защелку 7 в направлении оси 8. В результате этого стопорная защелка 7 освобождает затянутую аккумуляторную пружину 4. Аккумуляторная пружина 4 скачкообразно распрямляется и скачкообразно разрывает коммутационный участок между обоими контактными элементами 2, 3.

После осуществленного освобождения аккумуляторной пружины 4 протекание тока по подвижной катушке 14 заканчивается. Оба отключающих средства 11, 12 под действием силы соответствующей возвратной пружины 15 возвращаются в свое исходное положение. Далее, возвратная пружина 17 стопорной защелки тоже вызывает обратное движение стопорной защелки 7, так что стопорная защелка 7 снова оказывается готовой к тому, чтобы после натяжения аккумуляторной пружины 4 зафиксировать затянутую аккумуляторную пружину 4 и после отключения с помощью отключающих средств 11, 12 освободить эту аккумуляторную пружину 4 и вызвать коммутационное движение или, соответственно, относительное движение между контактными элементами 2, 3.

Первое отключающее средство 11, а также второе отключающее средство 12 располагают действующими независимо друг от друга приводными элементами в форме подвижных катушек 14, так что при отказе одной из подвижных катушек 14 при блокировании одного из отключающих средств 11, 12 другое, не поврежденное отключающее средство 11, 12 или, соответственно, другая, не поврежденная подвижная катушка 14 могут осуществить приведение в действие стопорной защелки 7. Оба отключающих средства 11, 12 независимо друг от друга воздействуют на одну и ту же стопорную защелку 7.

На фиг. 2 показано устройство защитного отключения коммутационного прибора, представленного на фиг.1, причем стопорная защелка имеет другое выполнение. В данном варианте тоже используется аккумуляторная пружина 4, которая может натягиваться с помощью электродвигателя 5 через кинематическую цепь 6, при этом предусмотрена блокировка затянутой аккумуляторной пружины 4 с помощью стопорной защелки 7. На фиг. 2 аккумуляторная пружина 4 представлена в затянутом состоянии, при этом контактные элементы 2, 3 показаны в открытом положении. Штрихпунктирной линией на затянутой аккумуляторной пружине 4 символически показано распрямленное состояние этой аккумуляторной пружины 4, причем стопорная защелка 7 блокирует эту аккумуляторную пружину 4 в затянутом состоянии. Далее рассматривается лишь альтернативный вариант выполнения стопорной защелки 7. Стопорная защелка 7 в данном случае содержит стационарно установленный двупле