ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК H01H33/66 

Изобретение относится к электрическим коммутационным аппаратам, в частности, к вакуумным автоматическим выключателям.

Известна конструкция вакуумного выключателя, содержащего корпус из дугостойкого диэлектрика, в который встроены неподвижный контакт с входным электродом и подвижный контакт с токопроводящим стержнем, движение которого осуществляется с помощью сильфона, а контакт с сетевым электродом осуществляется с помощью тороидальной пружины из материала с высокой электропроводностью, прикрепленной одним концом к подвижному контакту, а вторым концом - к сетевому электроду. Подвижный контакт отжимается с помощью тороидальной катушки.

Однако неразборность выключателя осложняет его обслуживание. Снижается надежность из-за невозможности возобновления вакуума, а также ресурс выключателя. Электрическая связь подвижного и сетевого контактов увеличивает потери в выключателе. Прижимной сильфон трудоемок в изготовлении и не позволяет обеспечить высоких и стабильных прижимных усилий. Тороидальная катушка при значительных временных паузах в разомкнутом состоянии потребляет значительное количество электроэнергии.

Целью изобретения являются повышение надежности выключателя путем увеличения площади контакта неподвижного и подвижного контактов в замкнутом положении за счет выполнения контактной поверхности неподвижного контакта в виде упругой мембраны, контактирующей через жидкий металл с камерой неподвижного контакта, выполненной по форме подвижного контакта; повышение надежности выключателя за счет снижения электрического контактного сопротивления и потерь в контакте между подвижным и сетевым контактами, путем выполнения подвижного контакта с развитой поверхностью соприкосновения с жидким металлом, заполняющим контактную камеру; выполнение контактной камеры с встроенной мембраной для повышения надежности, которая рассчитана на определенное давление паров жидкого металла, который при ее прорыве вытекает в герметичную расширительную камеру, закрепленную за мембраной.

Сущностью изобретения является следующее.

Выполнение неподвижного входного контакта в виде упругой мембраны, закрепленной герметично над камерой с жидким металлом, расположенной на контактной поверхности неподвижного контакта и заполненной через герметичный клапан и аксиальный канал жидким металлом, причем форма камеры повторяет форму контактной поверхности подвижного контакта. Контактная камера выполнена заполненной жидким металлом, который соприкасается с развитой поверхностью штока подвижного контакта и с сетевым неподвижным контактом. Контактная камера оснащена расширительной герметичной камерой с предвключенной тарированной на критическое давление паров жидкого металла мембраной.

На фиг.1 изображен продольный разрез вакуумного выключателя; на фиг.2 - частичный разрез герметичного клапана; на фиг.3 - половина поперечного сечения штока подвижного контакта.

На фиг. 1 изображен вакуумный выключатель 1 в разрезе, содержащий вакуумную камеру 2, контактную камеру 3 и электромагнитный привод 4. В вакуумную камеру 2 встроены неподвижный контакт 5, покрытый диэлектриком 6 и имеющий гидравлический канал 7 с запорным клапаном 8 и камеру 9, закрытую герметично мембраной 10 с помощью гайки 11. Неподвижный контакт 5 уплотнен упругой втулкой 12 и гайкой 13, навинченной на крышку 14, а также уплотнительными кольцами 15, уложенными в канавки в дугостокой облицовке 16. Корпус 17 камеры 2 по внутренней поверхности облицован дугостойким диэлектриком 16, к нему прикреплена монтажная пластина 18 и встроен клапан 19, а также закреплен немагнитный корпус 20 электромагнитного привода 4, облицованный дугостойким диэлектриком 16, на котором закреплен экран 21 из дугостойкого диэлектрика в виде цилиндра. В отверстие 22 корпуса привода 20 встроен шток 23 подвижного контакта 24, на котором закреплена его головка 25, прижимаемая к неподвижному контакту 5 пружиной 26. На корпусе 20 закреплена катушка 27 электромагнитного привода 4 с диэлектрическим каркасом 28 и выводами 29 и 30, закрепленными на панели 31. Шток 23 состоит из центрального высокоэлектропроводящего стержня 32 и ферромагнитной оболочки 33, имеющей впадину 34. Шток 23 выполнен с контактным элементом 35 с развитой поверхностью за счет ребер 36 и отверстия 37 (см.фиг.3), а также диска 38. Корпус 39 контактной камеры 3 закреплен на корпусе 20 и уплотнен элементами 40 и облицован диэлектриком 41 по внутренней поверхности. К нижней крышке 42 прикреплен сетевой неподвижный контакт 43, который герметизирован упругой втулкой 44 и гайкой 45 и изолирован диэлектриком 46. В корпус 39 встроена расширительная камера 47, отделенная контактной камеры 3, заполненной жидким металлом 48, мембраной 49, не рассчитанной на критическое давление паров, причем расширительная камера 47 имеет смотровое стекло 50, встроенное в ее корпус 51. В нижней крышке 42 встроен спускной герметичный клапан 52. В камере 3 закреплена защелка 59 с пружиной 60 и колодкой 61 и штоком 62. На фиг.3 представлен продольный разрез клапанов 8,19 и 52, состоящих из корпуса 53 штока 54, прижимаемого пружиной 55 к герметизирующим прокладкам 56 и 57, размещенным в навинчиваемой крышке 58.

Вакуумный выключатель работает следующим образом.

Подвижный контакт 24 в замкнутом состоянии прижат пружиной 26 к мембране 10 так, что она прогибается и принимает форму головки 25, а контакт осуществляется через камеру 9, заполненную жидким металлом 48. Электрический ток входит через неподвижный контакт 5 проходит через камеру 9 с жидким металлом 48 и мембрану 10 в головку 25 подвижного контакта 24 и его стержень 32 и через ребра 36 и отверстие 37 и диск 38 переходит в жидкий металл 48 камеры 3, а через него в сетевой контакт 43. Описанная электрическая цепь имеет малое переходное сопротивление, что обусловливает низкие потери и нагревы. При подаче потенциала управления на выводные зажимы 29 и 30 катушка 27 втягивает магнитный сердечник 33 в виде оболочки и, преодолевая усилие пружины 26, разрывает контакт: мембрана 10 и головка 25, развитию дуги препятствует вакуум в камере 2, возобновляемый через клапан 19 после его разгерметизации снятием крышки 58 и подключением к вакуумному насосу с отжатием штока 54. Для уменьшения потерь при длительном разомкнутом состоянии с обтеканием катушки 27 током расцепления защелка 59 фиксирует шток 23 с помощью колодки 61, прижимаемой к впадине 34 пружиной 60. Для замыкания контактов неподвижного 5 и подвижного 24 на вывода 29 и 30 подается управляющий потенциал обратной полярности, который выталкивает шток 23, преодолевая силу трения колодки 61. При превышении давления паров жидкого металла 48 в контактной камере 3 свыше критического мембрана 49 разрывается и полость камеры 47 попадают избыточные пары жидкого металла 48, чем давление в контактной камере 3 снижается и предотвращается авария выключателя 1.

Предполагаемое изобретение по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества.

Снижаются потери в контактной зоне главных подвижного и неподвижного контактов за счет увеличения контактной поверхности, что увеличивает КПД выключателя. Снижаются потери в контактной камере выключателя за счет использования жидкого металла и развитой поверхности контакта штока, что повышает КПД выключателя при нагрузке. Применение защелки для стопорения штока в разомкнутом режиме позволяет снизить энергопотребление выключателем при холостом ходе электроэнергосистемы. Разборная конструкция выключателя позволяет уменьшить трудоемкость его изготовления и обслуживания, ремонта. Клапан поддержания вакуума позволяет его возобновлять с помощью подключаемого вакуумного насоса, что продлевает ресурс выключателя и повышает его надежность. Расширительная камера с предельной мембраной позволяет повысить надежность аппарата за счет исключения взрыва паров жидкого металла при размыкании коротких замыканий.

Изобретение может быть использовано в сетях переменного тока низкого и среднего напряжения и в сетях постоянного тока.

Использование: в коммутационной технике. Сущность: вакуумный выключатель, состоящий из вакуумной камеры, контактной камеры и электромагнитного привода, содержит неподвижный входной контакт с камерой, закрытой мембраной и заполненной жидким металлом, который контактирует с подвижным контактом, прижатым пружиной, подвижный контакт размыкает цепь отжатием с помощью катушки электромагнитного привода, а шток фиксируется защелкой на время размыкания. Контактная камера заполнена жидким металлом, соприкасающимся со стержнем подвижного контакта и с неподвижным сетевым контактом. В вакуумной камере встроен клапан поддержания вакуума, контактная камера оснащена расширительной камерой с мембраной срыва давления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий корпус, вакуумную камеру с подвижным и неподвижным контактами и электромагнитный привод подвижного контакта и элемент соединения электропроводящего штока подвижного контакта с неподвижным сетевым контактом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем увеличения площади контакта, неподвижный контакт выполнен в виде мембраны, закрепленной герметично на камере с жидким металлом, поданным через канал и герметичный клапан, а подвижный контакт выполнен с контактной поверхностью, соответствующей поверхности камеры неподвижного контакта, и снабжен дугостойким экраном, причем элемент электрического соединения с неподвижным сетевым контактом выполнен в виде камеры, заполненной жидким металлом, с защелкой, фиксирующей положение штока подвижного контакта. 2. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что камера с жидким металлом снабжена мембраной с герметичной расширительной камерой.