КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ВАКУУМНОЙ ДУГОГАСИТЕЛЬНОЙ КАМЕРЫ Российский патент 1997 года по МПК H01H33/66 

Изобретение относится к области сильноточных электрических выключателей, а именно к контактным системам вакуумных дугогасительных камер, которые являются основной частью вакуумных выключателей.

Известна контактная система вакуумной дугогасительной камеры [1] по меньшей мере один из контактов которой разделен прорезями, идущими по направлению от периферии контактов к центру, на ряд изогнутых в тангенциальном направлении лепестков, причем ширина прорезей зависит от величины отключаемого тока.

Указанная контактная система работает следующим образом. При отключении тока между контактами возникает дуга, которая под действием электродинамических усилий смещается на периферию в область расположения изогнутых в тангенциальном направлении лепестков. При протекании тока через дугу и лепестки создается радиальное магнитное поле и, следовательно, тангенциальное электродинамическое усилие, вращающее дугу по контактам.

Недостатком вышеуказанной контактной системы является то, что ее конструкция не учитывает взаимодействия дуги отключения с изолированным центральным экраном, окружающим контактную систему. При движении дуги по лепесткам с них один за другим слетают сгустки плазмы (плазмоиды), которые движутся к экрану, где рассеивается их энергия. В результате может происходить оплавление и испарение экрана, что уменьшает отключающую способность вакуумных дугогасительных камер. Плазмоиды движутся прямолинейно в направлении касательных к лепесткам в точках схода плазмоидов с лепестков. Нагрев экрана плазмоидами зависит от площади экрана, на которой их энергия рассеивается, т. е. от плоскости рассеиваемой энергии, которая в свою очередь зависит от угла падения плазмоидов на экран и угла, образованного радиусами контактной системы, проходящими через внешний и внутренний концы каждого лепестка. Чем больше упомянутые углы, тем меньше плотность энергии, рассеиваемой плазмоидами на экране.

Наиболее близкой к настоящему изобретению является контактная система [2] в которой так же, как и в вышеупомянутой, по меньшей мере один из контактов разделен прорезями на ряд изогнутых в тангенциальном направлении лепестков, причем угол между радиусами контакта, проведенными через внешний и внутренний концы каждой прорези, составляет не менее 360^o/n, где n число прорезей, т.е. радиус контакта, проведенный через любую точку контакта, пересекает по меньшей мере одну прорезь. Таким образом, в любой точке периферийной части контактной системы при горении в этой области дуги должно создаваться тангенциальное электродинамическое усилие, вращающее дугу. Следует отметить, что это условие очевидное: оно следует из самого принципа контактных систем этого типа. Эта контактная система обладает тем же недостатком, что и вышеупомянутая.

Целью данного изобретения является устранение вышеуказанного недостатка, а именно увеличение отключающей способности контактной системы и вакуумной дугогасительной камеры в целом путем придания контактам такой формы, при которой уменьшается плотность рассеиваемой на центральном экране энергии плазмоидов, генерируемых дугой отключения.

Для достижения поставленной цели в контактной системе, по меньшей мере один из контактов которой разделен прорезями, идущими по направлению от периферии контакта к центру, на ряд изогнутых в тангенциальном направлении лепестков, причем угол между радиусами контакта, которые проходят через концы лепестка периферийный и внутренний, составляет не менее 360^o/n, где n - число лепестков. Предлагается каждому из указанных лепестков придать такую форму, при которой отношения r₁/R и r₂/R составляют не менее 0,8 и 0,5 соответственно, где R радиус контакта, r₁ и r₂ - расстояния от центра контакта касательных к средней продольной линии каждого лепестка длиной l в двух ее точках: на периферийном конце и на расстоянии 0,5 l от него соответственно, а отношение упомянутого угла к величине 360^o/n составляет не менее 1,1.

На фиг. 1 показан продольный разрез предлагаемой вакуумной дугогасительной камеры; на фиг. 2 и 3 виды контактов с круглыми пазами со стороны их рабочей поверхности; на фиг. 4 вид одного из контактов со стороны рабочей поверхности с пазами в виде ломаной линии; на фиг. 5 и 6 продольные разрезы одного из контактов с контактными выступами в виде круга и в виде кольца соответственно; на фиг. 7 продольный разрез одного из контактов, у которого контактирующая и дугогасящая части выполнены из разных материалов.

Вакуумная дугогасительная камера, представленная на фиг. 1, содержит контактную систему, состоящую из подвижного 1 и неподвижного 2 контактов, припаянных к соответствующим токовводам 3 и 4. Контакты 1 и 2 окружены центральным изолированным экраном 5, который с помощью держателя 6 закреплен в корпусе, состоящем из изоляторов 7 и 8. Корпус с торцов закрыт металлическими фланцами 9 и 10. Подвижный токоввод 3 соединен с корпусом через сильфон 11. Экран 12 предохраняет сильфон 11 от прожога каплями металла, вылетающими из контактов при горении дуги, возникающей при коммутациях тока. Направление движения подвижного токоввода при замыкании и размыкании контактов задается направляющим цилиндром 13.

Устройство работает следующим образом.

При размыкании контактов и отключении тока возникает дуга, которая схематически изображена в виде заштрихованной области в промежутке между контактами 1 и 2. В дуге генерируются плазмоиды, показанные схематически на фиг. 1 пунктирными линиями в виде образований, имеющих форму чечевицы. Плазмоиды один за другим вылетают из промежутка между контактами 1, 2 по направлению к экрану 5, где рассеивается их энергия.

На фиг. 2 показан вид А-А контакта 1 со стороны рабочей поверхности. Контакт 1 разделен прорезями 14, идущими по направлению от периферии контакта к центру O контакта, на ряд лепестков 15. Образующие 16 и 17 прорезей 14 представляют собою концентрические окружности. На лепестке 15 приведена штрихпунктирная продольная средняя линия лепестка. Она проходит через точки CDE, где C и E периферийный и внутренний ее концы, а D точка, расположенная на расстоянии 0,5 l от точки C, где l длина средней продольной линии лепестка. Точка E расположена на середине прямолинейного отрезка, соединяющего середины G и K внутренних концов прорезей 14, между которыми расположен лепесток 15. Остальные точки средней продольной линии лепестка 15 определяются следующим образом.

Из точки G проводится 1-ый ряд радиусов, пересекающих лепесток 15, начиная от радиуса, лежащего на прямой OG, где O центр контакта, и кончая радиусом GK. Далее проводится 2-ой ряд радиусов из центра контакта O, пересекающих лепесток 15 в остальной его части в направлении к периферийному концу с лепестка 15. Средняя продольная линия лепестка 15 проходит через середины отрезков прямых линий, образованных при пересечении радиусами 1-го и 2-го рядов вогнутой и выпуклой границ лепестка 15. Прямые пунктирные линии являются касательными к средней продольной линии CDE лепестка 15 в точках C и D. Отношения r₁/R и r₂/R составляют не менее 0,8 и 0,5 соответственно, где R радиус контакта, r₁ и r₂ расстояния от центра O указанных касательных к средней продольной линии, проведенных через точки C и D соответственно. Отношение угла α между двумя радиусами, проведенными из центра O контакта через точки C и E периферийного и внутреннего концов средней продольной линии лепестка, к величине 360/n составляет не менее 1,1.

Плазмоиды, которые слетают с лепестка 15 в точках C и D, распространяются к экрану 5 в направлении касательных. Углы b₁ и β₂, образованные каждой из касательных с соответствующими радиусами экрана, проведенными через точки L₁ и L₂ пересечения указанных касательных с внутренней поверхностью экрана 5, являются углами падения плазмоидов на экран. Углы β₁ и β₂ падения плазмоидов на экран 5 тем больше, чем больше отношения r₁/R и r₂/R. Чем больше углы β₁, β₂ и α, тем больше площадь взаимодействия плазмоидов с экраном 5 и, следовательно, меньше плотность энергии, рассеиваемой плазмоидами на изолированном экране, и меньше его нагрев.

Испытания показали, что придание контактам конфигурации в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет увеличить предельный ток отключения контактных систем в 1,7-2 раза без изменения диаметра контактов и экранов, что открывает возможность создания вакуумных дугогасительных камер с меньшими габаритами и массой.

В таблице приведены результаты этих испытаний для контактных систем двух диаметров D₁ и D₂ (D₁ < D₂) и двух конфигураций лепестков для каждого из диаметров: с соотношениями r₁/R и r₂/R меньше 0,8 и 0,5 соответственно, которые не подпадают под формулу изобретения, и больше 0,8 и 0,5 согласно изобретению. Результаты этих испытаний приведены в таблице.

На фиг. 3 показан вид Б-Б контакта 2 контактной системы вакуумной дугогасительной камеры, представленной на фиг. 1. Этот контакт имеет ту же конструкцию, что и представленный на фиг. 2. Образующие 16, 17 прорезей 14 контактов 1, 2 фиг. 2 и 3 представляют собою концентрические окружности, но направление прорезей в контактах фиг. 2 и 3 встречно, что обеспечивает вращение дуги при отключении тока и тем самым предотвращает недопустимый разогрев контактов и отказ при отключении.

Требования к конструкции контактов, соответствующие данному изобретению, могут быть удовлетворены и при форме прорезей 14, отличающейся от показанной на фиг. 2 и 3. Например, прорези могут иметь форму ломаной линии, как это показано на фиг. 4. Число прорезей данным изобретением не регламентируется. Так на фиг. 2 и 3 контакты имеют по три прорези, на фиг. 4 шесть.

Контакты в соответствии с указанным изобретением могут быть выполнены, как это показано на фиг. 1-4, без контактного выступа, т.е. контактирование может происходить по всей контактной поверхности. В этом случае контактный материал должен обеспечивать не слишком большую силу сварки контактов при включениях тока, чтобы привод вакуумного выключателя был в состоянии разорвать сварку. Этому требованию удовлетворяет, например, хромомедный контактный материал и не удовлетворяет медь. Возможно также выполнение контактов с центральным контактным выступом с плоской поверхностью или с углублением в центре, как это показано на фиг. 5, 6 соответственно, где представлены продольные разрезы контактов.

Каждый из контактов 1, 2 или оба контакта могут быть выполнены как одно целое из одного материала, например, хромомедного, как показано на фиг. 1-6, или из двух различных материалов, как показано на фиг. 7. В этом случае контактирующая деталь 18 может быть выполнена из материала, обеспечивающего сравнительно небольшую силу сварки, например, из сплава медь-висмут или медь-висмут-бор, а дугогасящая деталь 19, например, из меди.

Изобретение относится к области сильноточных электрческих выключателей. Существо: контактная система состоит из контактов, по меньшей мере один из которых разделен прорезями, идущими по направлению от периферии контакта к центру, на ряд изогнутых в тангенциальном направлении лепестков. Отношения r₁/R и r₂/R составляют не менее 0,8 и 0,5 соответственно, где R - радиус контакта, r₁ и r₂ - расстояния от центра контакта до касательных к средней продольной линии длиной l каждого лепестка в двух ее точках, одна из которых расположена на периферийном конце, а другая - на расстоянии 0,5 l от него. 7 ил., 1 табл.

Контактная система вакуумной дугогасительной камеры, по меньшей мере один из контактов которой разделен прорезями, идущими по направлению от периферии контакта к центру, на ряд изогнутых в тангенциальном направлении лепестков, причем угол между радиусами контакта, которые проходят через периферийный и внутренний концы средней продольной линии лепестка, составляет не менее 360/n, где n число лепестков, отличающаяся тем, что отношения r₁/R и r₂/R составляют не менее 0,8 и 0,5 соответственно, где R радиус контакта, r₁ и r₂ расстояния от центра контакта до касательных к средней продольной линии длиной l каждого лепестка в двух ее точках, одна из которых расположена на периферийном конце, а другая на расстоянии 0,5l от него, а отношение упомянутого угла к величине 360/n составляет не менее 1,1.