СПОСОБ КОНТРОЛЯ КОНТАКТНОГО НАЖАТИЯ В ВАКУУМНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯХ Российский патент 2007 года по МПК H01H33/664 H01H11/00 

Изобретение относится к технологии изготовления высокочастотных вакуумных выключателей и касается способа контроля в них контактного нажатия после вакуумно-термической обработки и отпая.

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

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 подвижным и неподвижными контактами, т.е. надежная работа будет обеспечена, если контактное нажатие равно или превышает его оптимальную величину. Однако из-за наличия допусков на детали и узлы, а также из-за остаточной в них деформации после механической обработки происходит изменение межэлектродных зазоров при воздействии вибрационных нагрузок (за счет люфтов от допусков при изготовления деталей) и при воздействии термических нагрузок в процессе высокотемпературного отжига (за счет остаточной деформации). 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 при эксплуатации могут привести к ненадежной работе аппаратуры или выходу ее из строя. Это вызывает необходимость контроля контактного нажатия после отпая у всех вакуумных выключателей для обнаружения потенциально ненадежных изделий.

Общеизвестен способ контроля контактного нажатия путем непосредственного приложения усилия на размыкание к подвижному контакту, при этом за контактное нажатие принимается величина, при которой наступает размыкание цепи замкнутых контактов.

Однако в вакуумных выключателях со встроенной электромагнитной системой управления невозможен контроль контактного нажатия путем непосредственного приложения усилия к подвижному контакту. Обусловлено это тем, что контакты находятся в вакуумированной оболочке, т.е. к ним нет непосредственного доступа. 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 этой 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 при номинальном напряжении питания на обмотке управления электромагнита 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.

Особенность описанного в [2] способа контроля контактного нажатия в вакуумных выключателях 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 на контактах 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 и этот 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 этот способ имеет ограниченную точность и недостаточную для практики достоверность контроля контактного нажатия.

Ближайшим техническим решением является способ контроля контактного нажатия в вакуумных выключателях, описанный в [3]. Сущность его состоит в том, что в отличие от способа по [2] величину тока через замкнутые контакты вакуумного выключателя при проверке контактного нажатия ограничивают только сопротивлением цепи его замкнутых контактов. В результате, за счет исключения из цепи контактов нагрузочного сопротивления, повышена достоверность контроля контактного нажатия в отпаянных вакуумных выключателях после проведения их вакуумно-термической обработки. Однако и этот способ контроля контактного нажатия, как и ранее описанные, имеет ограниченную точность. Обусловлено это теми же причинами и факторами, что и в способе по [2], хотя и при меньшей степени их влияния.

Таким образом, общим недостатком рассмотренных выше способов контроля контактного нажатия в вакуумных выключателях является то, что они не обеспечивают полной достоверности обнаружения потенциально ненадежных по контактному нажатию вакуумных выключателей вследствие ограниченной их точности. Кроме того, эти способы требуют больших капитальных вложений на контрольно-испытательное оборудование, значительных энергетических и трудовых затрат при малой производительности.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в отличие от известных по предлагаемому способу контроль контактного нажатия ведут путем измерения сопротивления замкнутых контактов при напряжении на обмотке управления электромагнита, по крайней мере в 1,5-2,5 раза меньшем номинального значения, полученную величину сопротивления сравнивают с величиной сопротивления при том же напряжении на обмотке управления у выключателя с оптимальным контактным нажатием и по результату сравнения определяют отклонение контактного нажатия у проверяемого выключателя от эталонного значения.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что по предлагаемому способу контроль контактного нажатия ведут путем измерения сопротивления замкнутых контактов при напряжении на обмотке управления электромагнита, по крайней мере в 1,5-2,5 раза меньшем номинального значения, полученную величину сопротивления сравнивают с величиной сопротивления при том же напряжении на обмотке управления у выключателя с оптимальным контактным нажатием и по результату сравнения определяют отклонение контактного нажатия у проверяемого выключателя от эталонного. Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". Анализ известных технических решений в данной области техники [1-2] позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом способе контроля контактного нажатия в вакуумных выключателях, и признать заявляемое техническое решение соответствующим изобретательскому уровню.

Проведение измерения сопротивления замкнутых контактов при напряжении на обмотке управления электромагнита, по крайней варе в 1,5-2,5 раза меньшем номинального значения, повышает вероятность обнаружения потенциально ненадежных по контактному нажатию выключателей, т.к. при этом напряжении имеет место увеличение сопротивления замкнутых контактов вследствие снижения контактного нажатия из-за уменьшения мощности привода и, что особенно важно, сопротивление при этом резко возрастает у выключателей, у которых контактное нажатие меньше оптимального значения, что непосредственно фиксируется прибором измерения сопротивления.

Указанный интервал подаваемого напряжения на обмотку управления электромагнита при проверке контактного нажатия был выбран по результатам выполненных исследований по измерению сопротивления замкнутых контактов у различных типов вакуумных выключателей, в зависимости от величины подаваемого на обмотку управления электромагнита напряжения. В результате, например для вакуумных выключателей с номинальным напряжением питания обмотки управления 27 В, было установлено, что резкое увеличение сопротивления замкнутых контактов при уменьшении напряжения на обмотке управления у вакуумных выключателей, имеющих контактное нажатие меньше оптимального, происходит в интервале напряжения на обмотке от 11 до 18 В, т.е. при напряжении, в 1,5-2,5 раза меньшем номинального значения. В отличие от этого у вакуумных выключателей с оптимальным контактным нажатием сопротивление замкнутых контактов практически остается постоянным вплоть до напряжения, при котором происходит размыкание контактов.

Выбор нижней границы интервала напряжения питания на обмотке управления электромагнита, при измерении сопротивления замкнутых контактов, был ограничен величиной, в 2,5 раза меньшей величины напряжения питания (11 В для номинального напряжения питания 27 В постоянного тока) по той причине, что при меньшем напряжении на обмотке управления происходит полное размыкание цепи замкнутых контактов.

Выбор верхней границы интервала напряжения питания на обмотке управления электромагнита, при измерении сопротивления замкнутых контактов, был ограничен величиной, в 1,5 раза меньшей величины номинального напряжения питания (18 В для номинального напряжения питания 27 В постоянного тока) по той причине, что при большем, чем 18 В, напряжении изменение величины сопротивления замкнутых контактов у образцов с малой величиной контактного нажатия незначительное и практически одинаковое с изменением величины сопротивления у образцов с оптимальной величиной контактного нажатия. Причина этого состоит в том, что в вакууме поверхности контактов чистые, а поэтому контактное сопротивление имеет малую величину даже при сравнительно малой величине контактного нажатия.

Проверку контактного нажатия в отпаянных вакуумных выключателях после вакуумно-термической обработки согласно предлагаемому способу проводят в следующей последовательности.

Предварительно для каждого типа выключателей экспериментальным путем определяют оптимальную величину контактного нажатия, затем у вакуумного выключателя с оптимальной величиной контактного нажатия измеряют сопротивление замкнутых контактов при напряжении на обмотке управления, в 1,5-2,5 раза меньшем номинального его значения.

Установленное для выключателя с оптимальным контактным нажатием сопротивление при напряжения, в 1,5-2,5 раза меньшем его номинального значения, и конкретная величина напряжения, при котором производилось измерение сопротивления замкнутых контактов, являются эталонными и используются для сравнения при проверке контактного нажатия у всех изготавливаемых в производстве выключателей данного типа.

После этого производят измерение сопротивления замкнутых контактов у проверяемого выключателя при эталонном напряжения питания на обмотке управления электромагнита.

Для этого на обмотку управления от источника питания постоянного тока подают эталонное значение напряжения (в 1,5-2,5 раза меньше номинального напряжения питания обмотки). Затем к выводам замкнутых контактов подключают прибор для измерения сопротивления и производят измерение сопротивления замкнутых контактов.

По результатам измерения определяют отклонение величины сопротивления замкнутых контактов у проверяемого выключателя or эталонного значения сопротивления, полученного ранее, при том же напряжении на обмотке управления, для выключателя с оптимальным контактным нажатием.

При этом выключатель признается годным по контактному нажатию, если измеренная величина сопротивления замкнутых контактов у проверяемого выключателя будет меньше или равна эталонной величине сопротивления замкнутых контактов при эталонном значении напряжения, установленного для выключателя с оптимальным контактным нажатием.

В том случае, если измеренная величина сопротивления замкнутых контактов у проверяемого выключателя, при эталонном значении напряжения на обмотке управления, окажется больше его величины при оптимальном контактном нажатии, то выключатель признается негодным.

При необходимости, по величине сопротивлений определяют числовое значение контактного нажатия у проверяемого выключателя по формуле:

Р_П=Р_Э·(R_Э/R_П),

где Р_П - контактное нажатие у проверяемого выключателя;

Р_Э - эталонное значение контактного нажатия;

R_П - сопротивление замкнутых контактов у проверяемого выключателя;

R_Э - сопротивление замкнутых контактов при эталонном значении контактного нажатия.

Предлагаемый способ пригоден для контроля контактного нажатия у вакуумных выключателей и переключателей со встроенным электромагнитом с разомкнутыми или замкнутыми в исходом состоянии контактами.

Использование его для контроля контактного нажатия в вакуумных выключателях после отпая, в сравнении с существующими способами, обеспечивает:

- повышение достоверности обнаружения потенциально ненадежных по контактному нажатию вакуумных выключателей, что повышает надежность работы аппаратуры;

- существенно снижает капитальные вложения на контрольно-испытательное оборудование;

- снижает энергетические и трудовые затраты;

- процесс контроля контактного нажатия по предлагаемому способу может быть автоматизирован.

Источники информации

1. Отчет по теме «Контакт», 1970, ОР №1345281.

2. Авторское свидетельство СССР №936069, кл. Н01Н 33/66, 1982.

3. Патент Российской Федерации №2016438, кл. Н01Н 33/66, 1994.

Изобретение относится к технологии изготовления высокочастотных вакуумных выключателей и касается способа контроля в них контактного нажатия после вакуумно-термической обработки и отпая и может найти применение при изготовлении вакуумных выключателей, переключателей и реле в металлостеклянном и металлокерамическом исполнении, с двумя и одним разрывами контактов, с упругим и жестким контактным мостиком преимущественно со встроенной электромагнитной системой управления неполяризованного типа. По предлагаемому способу контроль контактного нажатия ведут путем измерения сопротивления замкнутых контактов при напряжении на обмотке управления электромагнита, по крайней вере в 1,5-2 раза меньшем номинального значения, полученную величину сопротивления сравнивают с величиной сопротивления, при том же напряжении на обмотке управления, у выключателя с оптимальным контактным нажатием и по результату сравнения определяют отклонение контактного нажатия у проверяемого выключателя от эталонного значения. Технический результат - повышение достоверности контроля.

Способ контроля контактного нажатия в вакуумных выключателях, состоящий в измерении сопротивления замкнутых контактов, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, контроль контактного нажатия производят путем измерения сопротивления замкнутых контактов при напряжении на обмотке управления электромагнита по крайней вере в 1,5-2 раза меньшем номинального значения, полученную величину сопротивления сравнивают с величиной сопротивления, при том же напряжении на обмотке управления, у выключателя с оптимальным контактным нажатием и по результату сравнения определяют отклонение контактного нажатия у проверяемого выключателя от эталонного значения.