СПОСОБ КОНТРОЛЯ КОНТАКТНОГО НАЖАТИЯ В ВАКУУМНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯХ Российский патент 1994 года по МПК H01H33/66 

Изобретение относится к технологии изготовления высокочастотных высоковольтных вакуумных выключателей и касается способа контроля в них контактного нажатия после отпая от системы откачки (герметизации) по завершению вакуумно-термической обработки.

Предлагаемый способ может найти применение при изготовлении высокочастотных вакуумных выключателей, переключателей и реле в металлостеклянном и металлокерамическом исполнении с одним и двумя разрывами, с упругим и жестким контактным мостиком, преимущественно со встроенной электромагнитной системой управления.

Для надежной работы вакуумных выключателей по пропусканию через замкнутые контакты тока высокой частоты, особенно в условиях воздействия механических нагрузок, крайне важно иметь оптимальную величину контактного нажатия между замкнутыми (подвижным и неподвижным) контактами. Таким образом, надежная работа вакуумного выключателя будет обеспечена только в том случае, если контактное нажатие равно или близко к его оптимальному значению.

Однако из-за наличия допусков на детали и узлы, а также из-за остаточной деформации после механической обработки деталей, пайки и сварки узлов, в процессе проведения вакуумно-термической обработки на откачных постах происходит неуправляемое изменение межэлектродных зазоров между контактами и рабочих магнитных зазоров в электромагнитной системе управления. Поэтому, наряду с выключателями, имеющими оптимальную или почти оптимальную величину контактного нажатия, при изготовлении имеют место потенциально ненадежные вакуумные выключатели из-за значительного отклонения у них контактного нажатия от оптимальной величины. Такие вакуумные выключатели могут привести к ненадежной работе аппаратуры или выходу ее из строя. Это вызывает необходимость проведения контроля контактного нажатия после отпая у всех выключателей для обнаружения потенциально ненадежных изделий.

Ввиду того, что непосредственный контроль контактного нажатия в отпаянных вакуумных выключателях со встроенным электромагнитом невозможен, для этой цели используются косвенные способы его контроля.

Известные способы [1-2] , предназначенные для той цели, имеют ряд существенных недостатков.

По описанному в [1] способу производят комплексный контроль контактного нажатия, включающий: измерение сопротивления цепи замкнутых контактов на постоянном токе, проверку виброустойчивости и длительное (от 0,5 до 3-х ч) пропускание через замкнутые контакты номинального тока высокой частоты. Обусловлено это тем, что ни одна из этих проверок в отдельности не обеспечивает достоверный контроль контактного нажатия.

Так, например, измерение сопротивления цепи замкнутых контактов на постоянном токе обеспечивает обнаружение потенциально ненадежных вакуумных выключателей, у которых величина контактного нажатия очень сильно отличается от оптимального его значения, т.е. при своей простоте эта проверка является наиболее грубой и имеет поэтому самую низкую степень достоверности. Связано это с тем, что в вакууме контактирующие поверхности чистые и даже при незначительном контактном нажатии сопротивление в зоне контактного перехода имеет малую величину. Часть потенциально ненадежных по величине контактного нажатия выключателей выявляется при проверке виброустойчивости из-за размыкания цепи замкнутых контактов, а другая часть таких выключателей выявляется при пропускании через замкнутые контакты номинального тока высокой частоты из-за значительного перегрева выводов (контактов). Кроме того, эти способы в совокупности требуют больших капитальных вложений на испытательное оборудование, что ведет к значительным энергетическим и трудовым затратам, обладают сравнительно малой производительностью, что делает их малоэкономичными в условиях серийного производства. Общим их недостатком является то, что они не обеспечивают полной достоверности обнаружения потенциально ненадежных по величине контактного нажатия вакуумных выключателей вследствие ограниченной точности способов контроля.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ контроля контактного нажатия в вакуумных выключателях, предложенный в [2]. Сущность решения состоит в том, что для повышения достоверности обнаружения потенциально ненадежных по контактному нажатию выключателей, снижения капитальных, энергетических и трудовых затрат, повышения производительности труда при проверке контактного нажатия через замкнутые контакты от источника питания переменного 50 Гц или постоянного тока пропускают ток величиной по крайней мере в 5 раз превышающей номинальную величину тока высокой частоты, выдерживают под токовой нагрузкой при неизменном напряжении источника питания в течение времени, по крайней мере в 100 раз меньшего длительности пропускания номинального тока высокой частоты, по истечении времени выдержки производят измерение падения напряжения на контактах, сравнивают полученное значение с падением напряжения при том же токе и оптимальном контактном нажатии и по величине отклонения падения напряжения определяют отклонение контактного нажатия у проверяемого выключателя от эталонного значения. При этом токовую нагрузку выдерживают при нагрузочном сопротивлении, превышающем контактное сопротивление более чем в 10 раз.

Однако известный способ контроля контактного нажатия в вакуумных выключателях имеет существенный недостаток, состоящий в следующем.

При пропускании тока через замкнутые контакты на нагрузочном сопротивлении и на сопротивлении цепи замкнутых контактов, включающем и сопротивление контактного перехода в вакууме, происходит потеря электрической энергии, идущей на нагрев нагрузочного сопротивления, сопротивления токопроводящих элементов контактов и контактного перехода в вакууме. Вследствие температурного коэффициента сопротивления (ТКС) этот нагрев вызывает увеличение каждого из упомянутых выше сопротивлений. В результате при неизменном напряжении источника питания уменьшается величина проходящего через замкнутые контакты тока. При этом величина и скорость уменьшения тока являются функциями от сложного и взаимозависимого изменения упомянутых сопротивлений во времени. По этой причине измеряемая величина падения напряжения на замкнутых контактах характеризует не истинную, а лишь приближенную величину контактного нажатия у конкретного вакуумного выключателя. Поэтому способ имеет ограниченную точность и недостаточную для практики достоверность контроля контактного нажатия.

Целью предложенного способа является повышение достоверности контроля контактного нажатия в отпаянных вакуумных выключателях со встроенной электромагнитной системой управления.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе контроля контактного нажатия, заключающемся в измерении сопротивления замкнутых контактов и пропускании через них тока с последующей выдержкой токовой нагрузки, ток пропускают от источника питания переменного 50 Гц или постоянного тока величиной, по крайней мере в 5 раз превышающей номинальную величину тока высокой частоты, выдерживают под токовой нагрузкой при неизменном напряжении источника питания в течение времени, по крайней мере в 100 раз меньшего длительности пропускания номинального тока высокой частоты, по истечении времени выдержки производят измерение падения напряжения на контактах, сравнивают полученное значение с падением напряжения при том же токе и оптимальном контактном нажатии и по величине отклонения падения напряжения определяют отклонение контактного нажатия у проверяемого выключателя от эталонного значения. При этом токовую нагрузку ограничивают только сопротивлением цепи замкнутых контактов.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что при измерении падения напряжения пропускаемый через контакты ток ограничивают только сопротивлением замкнутой цепи контактов. Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники [1] не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "существенные отличия".

Предлагаемый способ контроля контактного нажатия в вакуумных выключателях со встроенной электромагнитной системой управления, после их отпая, реализуется следующим образом.

Предварительно для каждого типа выключателей экспериментальным путем определяют оптимальную величину контактного нажатия и значение сопротивления цепи замкнутых контактов при оптимальном контактном нажатии. Затем у источника питания устанавливают напряжение, достаточное для пропускания через замкнутые контакты при оптимальном контактном нажатии переменного 50 Гц или постоянного тока величиной, по крайней мере в 5 раз (в зависимости от типа выключателя) превышающей величину номинального тока высокой частоты. Величину тока ограничивают нагрузкой, в качестве которой используют сопротивление цепи замкнутых контактов вакуумного выключателя, через который пропускают ток. При установленном напряжении через замкнутые контакты пропускают ток и определяют величину падения напряжения на сопротивлении замкнутых контактов и необходимую длительность пропускания тока. Определенные таким образом величины: напряжения на источнике питания, пропускаемого через замкнутые контакты тока, падения напряжения на сопротивлении замкнутых контактов и длительность пропускания тока у вакуумного выключателя с оптимальным контактным нажатием являются эталонными при проверке контактного нажатия у всех изготавливаемых в производстве выключателей конкретного типа.

При проверке выключатель с замкнутыми контактами подключают к источнику питания. После этого через его контакты пропускают установленный для данного типа ток при эталонном и неизменном в процессе проверки значении напряжения на источнике питания. По истечении эталонного значения времени пропускания тока при неизменном напряжении, замеряют величину падения напряжения на контактах непосредственно при пропускании тока. Затем токовую нагрузку снимают. Полученное значение падения напряжения на контактах сравнивают с эталонным его значением при оптимальном контактном нажатии, определенном предварительно для данного типа выключателя при эталонных значениях: пропускаемого тока, длительности его пропускания и напряжения на источнике питания. Проверяемый выключатель признается годным, если измеренное у него падение напряжения на контактах не превышает эталонное падение напряжения на контактах при оптимальном контактном нажатии.

Использование предлагаемого способа контроля контактного нажатия в вакуумных выключателях обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества:
1.Исключение из цепи прохождения тока "внешнего" нагрузочного сопротивления устраняет его влияние на величину падения напряжения на замкнутых контактах, благодаря чему существенно повышается достоверность обнаружения при проверке потенциально ненадежных по контактному нажатию вакуумных выключателей. В результате повышается надежность работы аппаратуры, в которой применяются вакуумные выключатели.

2. Кроме того, исключение "внешнего" нагрузочного сопротивления значительно снижает расход электроэнергии. При наличии в цепи тока "внешнего" нагрузочного сопротивления (R_в.н. ≥ 10R_к; R_к - сопротивление цепи замкнутых контактов), расход мощности определяется соотношением: P₁ = I_к² ˙R_н1 = I_к² (R_в.н. + R_к) = I_к² ˙11R_к. Во втором же случае P₂ = I_к² ˙R_к. Из отношения P₁/P₂ = I_к²˙ 11R_к/I_к²˙R_к = 11, т.е. расход мощности в первом случае по крайней мере в 11 раз больше при том же пропускаемом через контакты токе.

3. При ограничении тока "внешним" нагрузочным сопротивлением напряжение на источнике питания определяется выражением: U₁ = I_к ˙(R_в.н. + R_к) = I_к ˙11R_к, а при его отсутствии - U₂ = I_к ˙R_к. Из отношения величин напряжений имеем: U₁/U₂ = I_к˙11R_к/I_к ˙R_к = 11.

Таким образом, в первом случае напряжение на источнике питания по крайней мере в 11 раз выше, чем во втором. Поэтому предложенный способ повышает электробезопасность труда.

Использование: в технологии изготовления высокочастотных высоковольтных вакуумных выключателей и касается способа контроля в них контактного нажатия после отпая от системы (герметизации) по завершению вакуумно-термической обработки. Сущность: способ включает измерение сопротивления цепи замкнутых контактов, пропускание через них переменного 50 Гц или постоянного тока величиной по крайней мере в 5 раз превышающей номинальную величину тока высокой частоты, выдержку под токовой нагрузкой при неизменном напряжении источника питания в течение времени по крайней мере в 100 раз меньше длительности пропускания номинального тока высокой частоты, измерение падения напряжения на контактах по истечении времени выдержки и сравнение полученного значения с падением напряжения при оптимальном контактном нажатии. Новым в способе является то, что при измерении падения напряжения пропускаемый через контакты ток ограничивают только сопротивлением замкнутой цепи контактов.

СПОСОБ КОНТРОЛЯ КОНТАКТНОГО НАЖАТИЯ В ВАКУУМНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯХ, включающий измерение сопротивления цепи замкнутых контактов, пропускание через них переменного 50 Гц или постоянного тока величиной, по крайней мере в 5 раз превышающей номинальную величину тока высокой частоты, выдержку под токовой нагрузкой при неизменном напряжении источника питания в течение времени, по крайней мере в 100 раз меньшем длительности пропускания номинального тока высокой частоты, измерение падения напряжения на контактах по истечении времени выдержки и сравнение полученного значения с падением напряжения при оптимальном контактном нажатии, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля контактного нажатия в выключателях со встроенной электромагнитной системой управления, при измерении падения напряжения пропускаемой через контакты ток ограничивает только сопротивлением замкнутой цепи контактов.