КОНТАКТНЫЙ УЗЕЛ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА СРЕДНЕГО И ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H01H33/66 

Изобретение относится к контактному узлу распределительного устройства среднего и высокого напряжения и способу его изготовления, как определено в ограничительных частях пунктов 1, 9 и 10 формулы изобретения.

Контактные узлы распределительных устройств среднего и высокого напряжения должны иметь высокую нагрузочную способность по току. В этом случае величины сопротивления контакта поддерживаются настолько низкими, насколько это возможно. Однако большие токи, которые протекают во включенном состоянии (в случае нагрузки), могут создавать значительное количество тепловой энергии, даже когда контактные сопротивления являются низкими. Эта тепловая энергия должна соответствующим образом рассеиваться.

По причине, связанной с диэлектрической герметичной заделкой подобного контактного узла, камеры вакуумных прерывателей выполняются из керамики с достаточно низкой удельной теплопроводностью, и большая часть тепловой энергии рассеивается от камеры за счет линий электропитания (обычно состоящих из меди) и концентрируется в этой области. Камера вакуумного прерывателя полностью заключена в электроизоляционный герметичный корпус. Благодаря электроизоляционным свойствам герметичный корпус сам по себе также уменьшает теплопередачу.

В связи с этим задачей изобретения является усовершенствование контактного узла подобного типа и способа его изготовления так, чтобы образующееся тепло интенсивнее отводилось наружу за счет конвекции.

Указанная задача решена в контактном узле, соответствующем ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, за счет признаков, содержащихся в отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Другие преимущества изобретения перечислены в зависимых пунктах 2-8 формулы изобретения.

Что касается способа, то поставленная задача решена в соответствии с отличительными признаками пункта 9 формулы изобретения.

Сущность изобретения в этом случае заключается в том, что электроизоляционный или же электропроводный и в результате теплопроводный теплопередающий элемент в виде цилиндрического корпуса установлен между камерой вакуумного прерывателя и герметизирующим корпусом, при этом внутренняя поверхность теплопередающего элемента расположена на контактном держателе, который отводит тепловой поток так, что посредством своей внешней поверхности перенос тепла на внутренней поверхности герметизирующего корпуса может быть осуществлен с большой площади на изолирующий материал. Этот контактный держатель рассеивает тепловой поток от одной из двух линий электропитания камеры вакуумного прерывателя наружу и пропускает номинальный ток через проводники вовне на границу с контактным узлом, а также передает тепловой поток так, что благодаря своей внешней поверхности перенос тепла на внутренней поверхности герметизирующего корпуса может осуществляться с большой площади на изолирующий материал. Это означает, что тепловой соединительный элемент расположен между металлической частью и изолятором, который выполнен из теплопроводного материала.

Теплопередающий элемент подходит для литьевого формования и впрессовывается во время второго процесса формования.

По сравнению с известным способом, согласно которому камеру вакуумного прерывателя помещают непосредственно в герметизирующий компаунд или герметизируют с помощью компаунда, полученного литьем под давлением, теплопередающий элемент в виде цилиндрического корпуса будет передавать тепло между контактным держателем, на котором происходит, главным образом, передача тока и тепла от камеры вакуумного прерывателя к теплопередающему элементу и, следовательно, через внешнюю поверхность корпуса к материалу контактного узла и герметизирующего корпуса. За счет этого создается больший и, в частности, эффективный теплопередающий промежуточный слой. Это существенно увеличивает тепловую энергию, переносимую изнутри вовне, равно как и увеличивает площадь передачи тепла от контактного узла наружу.

Предпочтительно внешняя поверхность теплопередающего элемента в виде цилиндрического корпуса является складчатой. Это значительно увеличивает эффективную площадь передачи тепла на стороне герметизирующего корпуса.

Как альтернатива внешняя поверхность теплопередающего элемента с цилиндрическим корпусом может быть рифленой или шероховатой.

Преимущественно теплопередающий элемент с цилиндрическим корпусом может быть выполнен из металла, предпочтительно из меди или ее сплава, или, как вариант, из алюминия или его сплава, или из керамики, которая обладает достаточной для этой цели теплопроводностью.

Следующее очень важное преимущество заключается в том, что теплопередающий элемент цилиндрической формы выполнен из электропроводного пластмассового материала (наполненного или ненаполненного). Частично слои могут быть электрически изолированными. Это позволяет получить градиент удельной теплопроводности.

Предпочтительно теплопередающий элемент в виде цилиндрического корпуса образован слоями из двухкомпонентного материала, в котором внешний компонент имеет высокую теплопроводность, а внутренний компонент имеет низкую теплопроводность.

Что касается способа изготовления вышеуказанного контактного узла, то сущность изобретения заключается в том, что камеру вакуумного прерывателя и/или соответствующий контактный держатель снабжают теплопередающим элементом до того, как он будет помещен в наружный герметизирующий корпус, и данный теплопередающий элемент в виде цилиндрического корпуса устанавливают на внешней поверхности камеры вакуумного прерывателя и затем также обволакивают или покрывают посредством экструзии герметизирующим компаундом корпуса.

Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения указаны в других зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение поясняется чертежом.

На фигуре показан один из вариантов осуществления изобретения, иллюстрирующий контактный узел, используемый в распределительном устройстве среднего и высокого напряжения, которое подробно не показано.

Камера вакуумного прерывателя, в которой расположен по меньшей мере один подвижный контакт и при необходимости один неподвижный контакт, установлена внутри контактного узла.

Камера вакуумного прерывателя встроена в герметизирующий корпус, который выполнен либо из эпоксидной смолы, пластика, полученного литьем под давлением или прессованием, либо из компаунда (полиуретана, силикона и т.д.).

Материалом камеры вакуумного прерывателя обычно является керамика, а на концах камеры расположены металлические крышки. Вывод тепла наружу обеспечивается, с одной стороны, благодаря поверхности корпуса из герметизирующего материала, а с другой стороны, за счет теплопередающего устройства в виде теплоприемника, причем последний помещается, например, на контактном узле или рядом с ним и устанавливается снаружи.

Поступающий изнутри тепловой поток, прежде всего, должен быть отведен наружу. С этой целью может применяться теплопередающий элемент в виде цилиндрического корпуса в соответствии с изобретением. Указанный элемент также заключен в контактный узел в виде теплопроводной металлической пластины или пленки.

Теплопередающий элемент согласно изобретению может состоять из металла или пластика, который имеет соответствующую предполагаемому назначению удельную теплопроводность.

Теплопередающий элемент также может быть выполнен из многослойного композиционного материала из электропроводного и электроизоляционного пластика или из пластика с металлическим покрытием. Теплопередающий элемент может быть изготовлен с применением прессования или литьевого формования и затем в нормальном состоянии может устанавливаться в отведенное для него место.

Как вариант, теплопроводный элемент может быть помещен непосредственно в контактный узел (без какого-либо зазора).

На фигуре показан контактный узел с теплопередающим элементом, предпочтительно выполненным из листовой меди и в результате дающим возможность прохождения тепла от соединительной части контакта через элемент, например, камеры вакуумного прерывателя к керамическому материалу камеры вакуумного прерывателя. Целью этого является распределение на большой площади тепла, образованного на контактном соединении, к элементу из герметизирующей смолы для отвода тепла наружу путем конвекции.

Кроме того, теплопроводность керамического материала (Аl₂О₃) камеры вакуумного прерывателя выше, чем теплопроводность дешевого эпоксидного компаунда (SiO₂), в результате чего тепловой поток переносится далее соответствующим образом, обеспечивая возможность отвода большего потока тепловой энергии от контактного узла в окружающую среду.

В результате достигается существенное увеличение площади передачи тепла, а также улучшается технология герметизации, поскольку цельнозамкнутый контактный узел может быть изготовлен вместе с теплопередающими элементами за одну операцию. Это может быть выполнено за счет применения либо технологии литья и заливки герметизирующей смолой, либо технологии литья под давлением путем впрыска.

Это приводит к существенному сокращению стоимости компонентов теплопередающего элемента, поскольку нет необходимости изготавливать его из медной или алюминиевой заготовки, и он может быть изготовлен из листового металла или пленки или как деталь, полученная литьем под давлением.

Форма (конфигурация) теплопередающего элемента может быть более сложной, что улучшает передачу тепла за счет конвекции.

Теплопередающий элемент может состоять из двух различных материалов, причем при изготовлении применяется двухкомпонентный процесс: в этом случае на пластик 1 с относительно высокой удельной теплопроводностью (например, к тому же и электропроводный) сначала наносят материал 2 путем экструзии, причем материал 2 имеет более низкую удельную теплопроводность (материал 2 может быть, например, пластиком, к тому же электрически непроводящим). Также имеется возможность изготавливать материал 1 из пластика с низкой проводимостью (наполненного или ненаполненного), а материал 2 - из пластика с большей проводимостью.

На теплопроводный материал может также наноситься пластиковое покрытие для обеспечения диэлектрических свойств. Этого не требуется для теплопередающих элементов, которые должны быть «электроизолирующими». (В этом случае наполнителями пластика могут быть С, Al₂O₃, AlN.)

Это позволяет устанавливать теплопередающие элементы как в зоне крепления неподвижного контакта, так и в зоне переключающего контакта контактного узла, а затем привинчивать и/или после этого полностью герметизировать. Таким образом, относительно компактные детали контактного узла могут изготавливаться с применением технологии герметизации и использоваться при высоком номинальном токе.

Также применение теплопередающего элемента сокращает общий вес изделия. Кроме того, теплопередающий элемент также может применяться на участках, расположенных рядом с гибкой лентой или подвижным поршнем передачи тока (или соответствующим контактным гнездом), не оказывая большого влияния на механические характеристики изделия.

Если в контактный узел помещена токопроводящая фольга или лента (также образованная из двух или более слоев), то тепло на контактном узле может распространяться по большой площади поверхности. В итоге это позволяет отводить больший поток тепловой энергии наружу в окружающую среду.

В контактном узле распределительного устройства низкого, среднего или высокого напряжения согласно изобретению использован теплопроводный теплопередающий элемент цилиндрической формы, установленный между камерой вакуумного прерывателя, контактным держателем и герметизирующим корпусом. Внутренняя поверхность теплопередающего элемента расположена на или вблизи наружной поверхности камеры вакуумного прерывателя и контактного держателя, а его наружная поверхность опирается на внутреннюю поверхность герметизирующего корпуса. Теплопередающий элемент может быть изготовлен из теплопроводного пластика с помощью литья под давлением, литья или процесса формования. Затем он может быть присоединен к полюсной части через отверстия. Следующая операция - установка теплопередающих элементов перед герметизацией узла герметизирующим компаундом с последующей их совместной заливкой. Технический результат - повышение нагрузочной способности контактного узла по току за счет улучшения рассеивания образующегося в нем тепла посредством конвекции. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Контактный узел распределительного устройства низкого, среднего и высокого напряжения, имеющий камеру вакуумного прерывателя, помещенную во внешний герметизирующий корпус, выполненную из композиционного материала и закрытую с обоих концов металлическими защитными элементами, отличающийся тем, что между камерой вакуумного прерывателя, контактным держателем и герметизирующим корпусом помещен теплопроводный теплопередающий элемент в виде цилиндрического корпуса, при этом внутренняя поверхность теплопередающего элемента расположена на или вблизи наружной поверхности камеры вакуумного прерывателя и контактного держателя, а наружная поверхность теплопередающего элемента расположена на внутренней поверхности герметизирующего корпуса или помещена внутрь него, при этом тепловой соединительный элемент расположен между металлической частью и изолятором, который выполнен из теплопроводного материала.

2. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность теплопередающего элемента в виде цилиндрического корпуса является складчатой.

3. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность теплопередающего элемента в виде цилиндрического корпуса является рифленой.

4. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность теплопередающего элемента в виде цилиндрического корпуса является шероховатой.

5. Контактный узел по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что теплопередающий элемент в виде цилиндрического корпуса выполнен из металла, предпочтительно из меди или ее сплава.

6. Контактный узел по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что теплопередающий элемент в виде цилиндрического корпуса выполнен из алюминия или его сплава.

7. Контактный узел по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что теплопередающий элемент в виде цилиндрического корпуса выполнен из теплопроводного пластика.

8. Контактный узел по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что теплопередающий элемент в виде цилиндрического корпуса образован из слоев из двухкомпонентного, трехкомпонентного или многокомпонентного материала, в которых материал наружного компонента имеет высокую удельную теплопроводность, а материал внутреннего компонента имеет низкую удельную теплопроводность.

9. Способ изготовления контактного узла распределительного устройства низкого, среднего и высокого напряжения, который имеет камеру вакуумного прерывателя, помещенную во внешний герметизирующий корпус, выполненную из композиционного материала и зарытую с обоих концов металлическими защитными элементами, отличающийся тем, что камеру вакуумного прерывателя перед помещением во внешний герметизирующий корпус снабжают теплопередающим элементом, который устанавливают на внешней поверхности камеры вакуумного прерывателя и затем обволакивают или покрывают посредством экструзии герметизирующим компаундом корпуса, при этом тепловой соединительный элемент располагают между металлической частью и изолятором, который выполнен из теплопроводного материала.

10. Способ изготовления контактного узла распределительного устройства низкого, среднего и высокого напряжения, который имеет камеру вакуумного прерывателя (оснащенную керамическими или стеклянными изоляторами), помещенную во внешний герметизирующий корпус, выполненную из композиционного материала и зарытую с обоих концов металлическими защитными элементами, отличающийся тем, что изготавливают теплопередающий элемент из теплопроводного пластика с помощью литья под давлением, литья или формования и затем герметизируют в герметизирующем компаунде корпуса или после герметизации крепят винтами через отверстия к контактному узлу, причем пластик может быть с наполнителем, при этом тепловой соединительный элемент располагают между металлической частью и изолятором, который выполнен из теплопроводного материала.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительно введенный теплопередающий элемент плотно соединяют с контактным узлом посредством клея с образованием электрически замкнутого соединения.

12. Способ по любому из пп.10 или 11, отличающийся тем, что дополнительно введенный теплопередающий элемент присоединяют к контактному узлу с помощью винтового соединения с одной или несколькими внутренними деталями.

13. Способ по любому из пп.10 или 11, отличающийся тем, что дополнительно введенный теплопередающий элемент плотно соединяют с контактным узлом с помощью уплотнительной системы (уплотнительного кольца, плоского уплотнения или т.п.) с образованием электрически замкнутого соединения.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно введенный теплопередающий элемент плотно соединяют с контактным узлом с помощью уплотнительной системы (уплотнительного кольца, плоского уплотнения или т.п.) с образованием электрически замкнутого соединения.