ДУГОГАСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И ПРЕРЫВАТЕЛЬ, ОСНАЩЕННЫЙ ОДНИМ ТАКИМ ДУГОГАСИТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2013 года по МПК H01H9/34 H01H9/44 

Предпосылки к созданию изобретения

Настоящее изобретение касается области прерывающих устройств, в частности устройств, обеспечивающих прерывание постоянного тока.

Настоящее изобретение относится к дугогасительному устройству для прерывателя, содержащего:

- камеру гашения дуги, образованную пакетом деионизирующих пластин, отделенных друг от друга обменным пространством,

- камеру образования дуги, оконтуренную первой боковиной и второй боковиной, и

- средство удаления газов для удаления газов, образующихся при возникновении дуги, содержащее канал для удаления, расположенный за второй боковой перегородкой и соединенный, по меньшей мере, с одним обменным пространством.

Изобретение также относится к прерывателю, содержащему разделяемые контакты и дугогасительное устройство для гашения электрической дуги, образующейся при размыкании упомянутых контактов.

Известный уровень техники

В прерывающих устройствах, таких как прерыватели, при размыкании контактов обычно образуется электрическая дуга, которая должна рассеяться в дугогасительном устройстве. Электрическая дуга обычно должна охлаждаться как можно быстрее, оставаясь при этом на расстоянии от электрических контактов. Такое охлаждение обычно обеспечивается посредством помещения дуги в камеру гашения дуги, образованную пакетом деионизирующих ребер или пластин, отделенных друг от друга обменным пространством и обеспечивающих более эффективный обмен.

После образования, перед тем как попасть в камеру гашения дуги, электрическая дуга движется в камере образования дуги, оконтуренной боковыми перегородками или боковинами, обычно проходя через обменные пространства между деионизирующими пластинами. На практике электрическая дуга может выбрасываться в камеру гашения дуги под действием электродинамических сил, создаваемых магнитным полем, обусловленным протекающим в проводниках током. Обменные пространства между деионизирующими пластинами усиливают перемещение дуги к задней части камеры. Дополнительно, пакет деионизирующих пластин обеспечивает разрывание дуги на части и облегчает ее помещение в камеру гашения дуги. Дополнительно, камера гашения дуги и деионизирующие пластины содержат электрическую дугу, которая склонна к расширению, занимая все доступное пространство.

Возникновение электрической дуги сопровождается выделением значительного количества металлических паров, которые, если они не удаляются, в частности могут стать причиной соединяющей дуги между фазами электрического коммутационного устройства и привести к взрыву. Существует множество решений для использования средства удаления для удаления газов, образующихся при возникновении дуги. Данные решения обеспечивают удаление газов из зоны, вблизи с контактами, или даже за пределы коммутационного устройства или также рециркуляцию внутри самого коммутационного устройства, например, для исполнения требований к состоянию окружающей среды.

Одно такое решение известно из французской патентной заявки FR2879016, которая описывает электрическое коммутационное устройство, содержащее камеру гашения дуги, открывающуюся в открытое пространство, причем упомянутая камера оконтурена двумя боковинами и оснащена пакетом деионизирующих пластин, отделенных друг от друга обменными пространствами. Электрическое коммутационное устройство, описанное в данной патентной заявке, дополнительно включает в себя средство удаления, в данном случае каналы удаления, расположенные за боковинами и соединенные с обменными пространствами.

Данный тип решения может иметь определенные недостатки, такие как увеличение объема электрического коммутационного устройства вокруг дугогасительного устройства. Фактически газы направляются в средство удаления, которые заполняет дугогасительное устройство и/или близлежащие пространства.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков дугогасительных устройств известного уровня техники посредством предложения дугогасительного устройства для прерывателя, содержащего:

- камеру гашения дуги, образованную пакетом деионизирующих пластин, отделенных друг от друга обменным пространством,

- камеру образования дуги, оконтуренную первой боковиной и второй боковиной, и

- средство удаления газов, образующихся при возникновении электрической дуги, содержащее канал удаления, расположенный за второй боковиной и соединенный, по меньшей мере, с одним обменным пространством.

В соответствии с настоящим изобретением дугогасительное устройство содержит постоянные магниты, причем, по меньшей мере, часть упомянутых магнитов расположена за первой боковиной, и средство удаления газов содержит отверстие, образованное частично во второй боковине, и открывающееся за пределами дугогасительного устройства.

Предпочтительно камера образования дуги содержит:

- секцию повышенной индукции, в которой электрическая дуга движется по направлению к камере гашения дуги под воздействием магнитного поля, создаваемого первой частью постоянных магнитов, и

- отклоняющую секцию, в которой электрическая дуга отклоняется относительно продольной оси камеры образования дуги по направлению к первой боковине под действием магнитного поля, создаваемого второй частью постоянных магнитов, причем вся вторая часть постоянных магнитов размещена за первой боковиной.

Предпочтительно первая часть постоянных магнитов содержит два намагниченных участка, расположенных за каждой из боковин.

Два намагниченных участка первой части постоянных магнитов предпочтительно расположены симметрично относительно продольной оси камеры образования дуги.

В соответствии с одним вариантом осуществления отверстие частично образовано в стенке корпуса.

В соответствии с одним вариантом осуществления канал удаления проходит между, по меньшей мере, одним обменным пространством и отверстием и имеет по существу постоянное или уменьшающееся поперечное сечение.

В соответствии с одним вариантом осуществления деионизирующие пластины содержат переднюю кромку, оснащенную центральной выемкой.

В соответствии с одним вариантом осуществления первая боковина выполнена из керамического материала. Предпочтительно, вторая боковина выполнена из газообразующего материала.

Настоящее изобретение также относится к прерывателю, содержащему разделяемые контакты и дугогасительное устройство для гашения электрической дуги, образующейся при размыкании упомянутых контактов, в котором имеется вышеописанное дугогасительное устройство.

Краткое описание чертежей

Другие преимущества и отличительные особенности станут более понятными из приведенного ниже описания конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, представленных только в качестве неограничивающего примера и проиллюстрированных в сопроводительных чертежах.

Фиг.1 изображает продольное сечение дугогасительного устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 изображает поперечное сечение того же самого дугогасительного устройства вдоль оси А-А', показанной на фиг.1.

Фиг.3 изображает другое поперечное сечение того же самого дугогасительного устройства вдоль оси В-В', показанной на фиг.1.

Фиг.4 изображает поперечный разрез того же самого дугогасительного устройства вдоль оси С-С', показанной на фиг.3.

Подробное описание варианта осуществления

Как проиллюстрировано на фиг.1-4, полюсной узел прерывателя содержит подвижный контакт 1 и неподвижный контакт 2, причем каждый из данных контактов соединен посредством проводника с соединительной клеммой прерывателя. Управление размыканием подвижного контакта может осуществляться приводным механизмом посредством ручки или посредством размыкающего средства, которые не проиллюстрированы. Данное расцепляющее средство может содержать электромагнитное размыкающее устройство и тепловое размыкающее устройство, причем оба устройства обеспечивают автоматическое размыкание подвижного контакта в случае перегрузки и/или короткого замыкания.

Элементы прерывателя, такие как разделяемые контакты, приводной механизм и размыкающее средство, обычно размещаются в литом корпусе 3, выполненном из изоляционного материала. Как проиллюстрировано на фиг.1, корпус 3 также содержит в себе дугогасительное устройство 4, предназначенное для гашения электрической дуги 5, образующейся между разделяемыми контактами при размыкании последних.

Как проиллюстрировано на фиг.1 и 2, дугогасительное устройство 4 содержит камеру образования дуги 11, оконтуренную первой боковиной 12 и второй боковиной 13. Одна из клемм полюсного узла прерывателя электрически соединена с неподвижным контактом 2 и вытянута для образования электрода или рога 14 разрядника, который вытянут в верхней части камеры образования дуги. Другая клемма полюсного узла прерывателя, электрически соединенная с подвижным контактом 1, соединена с другим электродом или рогом 15 разрядника, который вытянут в нижней части камеры образования дуги. Электроды или рога 14 и 15 разрядника расположены так, чтобы улавливать дугу, вытянутую между контактами 1 и 2, когда происходит разделение последних. Таким образом, электрическая дуга, образовавшаяся между двумя контактами, улавливается электродами с целью перемещения и удаления в камере 21 гашения дуги дугогасительного устройства.

Как проиллюстрировано на фиг.1 и 2, камера 21 гашения дуги образована при помощи пакета деионизирующих пластин 22, которыми обычно являются металлические пластины. Деионизирующие пластины содержат переднюю кромку, через которую электрическая дуга входит в камеру гашения дуги. Как можно видеть на фиг.1, передняя кромка деионизирующих пластин обычно содержит центральную выемку 23. Деионизирующие пластины 22 отделены друг от друга обменными пространствами 24. Как можно видеть на фиг.1 и 2, наружние поверхности боковин 12 и 13 с той стороны, на которой расположена камера образования дуги, немного изогнуты для обеспечения лучшей проводимости электрической дуги в центральную выемку 23 деионизирующих пластин. Наружние поверхности боковин 12 и 13 со стороны, на которой расположена камера образования дуги, содержат кромку 25, определяющую изменение наклона упомянутых наружних поверхностей рядом с камерой 21 гашения дуги.

Как можно видеть на фиг.1, 3 и 4, дугогасительное устройство содержит постоянные магниты 32, 33, проиллюстрированные заштрихованными на фиг.1, по меньшей мере, часть 32 из которых расположена за первой боковиной 12. Предпочтительно большинство или даже все постоянные магниты расположены за первой боковиной 12. Таким образом, получается несимметричное расположение относительно продольной оси А-А', когда устройство содержит, по меньшей мере, часть или даже большую часть или все постоянные магниты с одной стороны, а средство удаления - с другой стороны. При таком расположении электрическая дуга притягивается постоянным магнитом 32.

Как проиллюстрировано на фиг.1, 3 и 4, дугогасительное устройство содержит средство удаления газа для удаления газов, образующихся при создании электрической дуги. Как можно видеть на фиг.1, данное средство удаления содержит канал 31 удаления, расположенный за частью второй боковины 13 и соединенный, по меньшей мере, с одним обменным пространством 24. Благодаря несимметричному расположению, в котором за второй боковиной 13 расположена только часть или даже вообще нет постоянных магнитов, имеющееся пространство за данной второй боковиной может быть использовано для размещения средства удаления, такого как канал 31 удаления. Таким образом, канал удаления размещается за данной второй боковиной без увеличения объема коммутационного устройства вокруг дугогасительного устройства и без изменения формы корпуса. Таким образом, канал 31 удаления не заполняет дугогасительное устройство и/или окружающие пространства.

Как можно видеть на фиг.3 и 4, канал 31 удаления образован в основном при помощи боковой стенки корпуса 3 и поверхности боковины 13, обращенной к корпусу. На своей поверхности, обращенной к корпусу, боковина 13 содержит стенку 34, которая взаимодействует с внутренней поверхностью корпуса 3, когда коммутационный узел находится в собранном виде. Данная стенка 34, помимо прочего, предотвращает любой контакт выходящих газов с магнитом 33. Данная стенка 34 также образует часть канала 31 удаления. На своей поверхности, обращенной к корпусу, боковая стенка 13 содержит выемку 35, которая обращена к передним кромкам деионизирующих пластин в верхней части камеры гашения дуги. Данная выемка 35 взаимодействует, после сборки, с кромкой стенки, образованной в корпусе. Боковина 13 дополнительно содержит усиление 36, периферийные поверхности которого взаимодействуют, после сборки, с кромкой стенки, образованной в корпусе. Боковина дополнительно содержит криволинейную кромку 37, взаимодействующую, после сборки, с удлинением 38 стенок, образованных в корпусе. Таким образом, канал 31 удаления образуется при помощи:

- поверхности боковины 13, обращенной к внутренней поверхности корпуса 3;

- упомянутой внутренней поверхности корпуса 3;

- стенки 34 боковины, взаимодействующей с внутренней поверхностью корпуса 3;

- стенок корпуса, кромки которых взаимодействуют с выемкой 35, периферийной поверхности усиления 36; и

- удлинения упомянутых кромок, взаимодействующих с криволинейной кромкой 37 боковины 38.

Как можно видеть на фиг.3, кромка 39 верхнего конца боковины 13 не взаимодействует с корпусом после сборки. Таким образом, кромка 39 боковины 13 образует отверстие 40 с частью удлинения 38 стенки, образованной в корпусе, обеспечивая удаление выходящих газов за пределы дугогасительного устройства. Таким образом, газы, выведенные в канал 31 удаления, удаляются за пределы дугогасительного устройства посредством отверстия 40, образованного частично во второй боковине и частично при помощи удлинения 38 стенки, размещенной на внутренней поверхности корпуса.

Как проиллюстрировано на фиг.1, камера образования дуги содержит секцию 41 повышенной индукции, в которой электрическая дуга движется в камеру 21 гашения дуги под действием магнитного поля, создаваемого первой частью постоянных магнитов. Магнитное поле, создаваемое первой частью постоянных магнитов в секции повышенной индукции, является более сильным по сравнению с создаваемым другой частью постоянных магнитов в остальной части камеры образования дуги. Это обеспечивает лучшее движение электрической дуги и принудительный отрыв последней от разделяемых контактов. Таким образом, коммутация основания электрической дуги между подвижным контактом 1 и электродом 15 в основном обеспечивается посредством первой части постоянных магнитов в секции повышенной индукции камеры образования дуги. В случае прерывания слабого постоянного электрического тока магнитная индукция, создаваемая протеканием тока в электродах 14 и 15, уже не является достаточно сильной для перемещения электрической дуги в камеру 21 гашения дуги. Таким образом, данное размещение постоянных магнитов обеспечивает усиление магнитного поля для перемещения электрической дуги.

Как проиллюстрировано на фиг.1, первая часть постоянных магнитов содержит два намагниченных участка, расположенных за каждой из боковин. Эти два намагниченных участка по существу образованы при помощи магнита 33 и части 43 магнита 32, расположенной в секции 41 повышенной индукции. Эти два намагниченных участка 33 и 43 первой части постоянных магнитов расположены симметрично относительно продольной оси А-А' 10 камеры образования дуги. Это позволяет дополнительно улучшить отличительные особенности, описанные выше, т.е. обеспечить лучшее движение электрической дуги в камеру гашения дуги.

Как проиллюстрировано на фиг.1, камера образования дуги содержит также отклоняющую секцию 51, в которой электрическая дуга отклоняется относительно продольной оси 10 камеры образования дуги по направлению к первой боковине 12. Дуга отклоняется под действием магнитного поля, создаваемого второй частью постоянных магнитов, т.е. намагниченным участком 52 постоянных магнитов 32. На фиг.1 точками 26 проиллюстрированы различные положения электрической дуги. При таком расположении магнитное поле, создаваемое второй частью постоянных магнитов по продольной оси А-А', является более слабым по сравнению с создаваемым первой частью постоянных магнитов. Кроме того, магнитное поле, создаваемое второй частью постоянных магнитов, не является симметричным относительно упомянутой продольной оси. Это способствует отклонению электрической дуги от ее траектории. Таким образом, отклоняющийся компонент электрической дуги образуется в основном посредством второй части постоянных магнитов в отклоняющем участке 51.

В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.1-4, вся вторая часть постоянных магнитов, т.е. намагниченный участок 52, расположена за первой боковиной 12. Как описано выше, такое расположение позволяет использовать доступное пространство для размещения канала 31 удаления за второй боковиной 13 в отклоняющем участке 51. Несимметричное расположение постоянных магнитов относительно оси А-А' в сочетании с размещением средства удаления за одной из боковин обеспечивает создание оптимизированного дугогасительного устройства с лучшим рассеиванием электрической дуги с точки зрения переноса тепла и переноса материала.

В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.1 и 2, канал 31 удаления проходит между, по меньшей мере, одним обменным пространством 24 и отверстием 40 и имеет поперечное сечение, которое существенно уменьшается в направлении протекания газа. Это обеспечивает ускорение газа на выходе и усиление эффекта охлаждения газа в зоне, близкой к контактам. Таким образом, сокращается время между моментом отрыва дуги от контактов и моментом достижения ею передней кромки деионизирующих пластин.

Как можно видеть на фиг.1, передняя кромка деионизирующих пластин оснащена центральной выемкой 23 и двумя боковыми частями 71 и 72, обращенными в направлении отклоняющего участка 51 камеры 11 образования дуги. В отклоняющем участке электрическая дуга направляется к боковой части 71. В случае прерывания сильного постоянного тока или переменного тока обычно требуется обеспечить принудительное вхождение дуги в камеру гашения дуги через центральную выемку. Это обеспечивает деионизацию электрической дуги в центральной части камеры гашения дуги для рассеивания максимального количества энергии. В случае прерывания слабого тока требуется обеспечить максимально быстрое принудительное вхождение электрической дуги в камеру гашения дуги, чтобы не допустить сохранения и рассеивания энергии в камере образования дуги, т.е. выше по потоку от камеры гашения дуги. В случае прерывания слабого тока электрическая дуга может проходить через боковую часть 71 передней кромки камеры 21 гашения дуги благодаря небольшому количеству рассеиваемой энергии.

Боковины 12 и 13, образующие камеру образования дуги, обычно выполняются из электроизоляционного материала. Для обеспечения высокой коммутационной износостойкости при слабых постоянных токах с относительно длительным временем отключения по сравнению с переменными токами боковины могут быть выполнены из износостойкого электроизоляционного материала, такого как керамика, например, окись алюминия или кордиерит. Для обеспечения эффективного прерывания при сильных постоянных или переменных токах боковины могут быть образованы из газообразующего электроизоляционного материала, например, газообразующего нейлона. Предпочтительно первая боковина 12 выполнена из керамического материала, а вторая боковина 13 выполнена из газообразующего органического материала. Газообразующая боковина обеспечивает увеличение давления в зоне контакта, таким образом, усиливая выход электрической дуги из зоны контакта в камеру гашения дуги.

Настоящее изобретение также относится к дугогасительному устройству, содержащему три постоянных магнита, причем первый и второй магниты расположены за первой боковиной соответственно в секции повышенной индукции и в отклоняющем участке, а третий магнит расположен за второй боковиной в участке повышенной индукции.

Одним из преимуществ дугогасительного устройства в соответствии с настоящим изобретением является то, что оно обеспечивает лучшую циркуляцию газов, образующихся при возникновении дуги. Несимметричное расположение постоянных магнитов относительно оси А-А' фактически означает, что электрическая дуга отклоняется к первой боковине 12, за которой расположена большая часть постоянных магнитов. При этом газы, образующиеся при возникновении дуги, будут перемещаться в том же самом направлении, т.е. к первой боковине 12, перед входом в камеру 21 гашения дуги, с той же стороны, что и первая боковина. Затем газ будет расширяться в остальном пространстве камеры гашения дуги, т.е. по существу в направлении противоположной стороны камеры гашения дуги, т.е. с той же стороны, на которой находится вторая боковина 13, за которой расположен канал удаления. Расширение газа будет продолжаться в направлении взаимодействия выходных отверстий между обменными пространствами и канала удаления, таким образом усиливая поток газа в средстве удаления. Данное расположение предотвращает образование газовой пробки между электрической дугой и деионизирующими пластинами. Если данная газовая пробка является слишком большой, то она ограничивает перемещение электрической дуги и даже может препятствовать ее прохождению в деионизирующие пластины.

Изобретение касается устройств, обеспечивающих прерывание постоянного тока. Дугогасительное устройство содержит камеру (21) гашения дуги, образованную пакетом деионизирующих пластин (22), камеру (11) образования дуги, оконтуренную первой боковиной (12) и второй боковиной (13), и средство удаления газов, образующихся при возникновении электрической дуги, содержащее канал (31) удаления, расположенный за второй боковиной и соединенный, по меньшей мере, с одним обменным пространством (24). Камера гашения дуги содержит постоянные магниты, по меньшей мере, часть которых расположена за первой боковиной (12). Средство удаления газа содержит отверстие, образованное частично во второй боковине (13) и открывающееся за пределы дугогасительного устройства. Технический результат - повышение эффективности дугогашения без увеличения объема коммутационного устройства. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Дугогасительное устройство (4) для прерывателя, содержащее:
камеру гашения дуги (21), образованную пакетом деионизирующих пластин (22), отделенных друг от друга обменным пространством (24), камеру (11) образования дуги, оконтуренную первой боковиной (12) и второй боковиной (13), и
средство удаления газов для удаления газов, образующихся при возникновении дуги, содержащее канал (31) для удаления, расположенный за второй боковиной и соединенный, по меньшей мере, с одним обменным пространством (24),
отличающееся тем, что камера гашения дуги содержит постоянные магниты, причем, по меньшей мере, часть упомянутых магнитов расположена за первой боковиной (12), и тем, что средство удаления газов содержит отверстие (40), образованное частично во второй боковине (13) и открывающееся за пределы дугогасительного устройства.

2. Дугогасительное устройство по п.1, отличающееся тем, что камера образования дуги содержит:
секцию (41) повышенной индукции, в которой электрическая дуга движется по направлению к камере гашения дуги под действием магнитного поля, создаваемого первой частью (43, 33) постоянных магнитов, и
отклоняющую секцию (51), в которой электрическая дуга отклоняется относительно продольной оси (10) камеры образования дуги по направлению к первой боковине (12) под действием магнитного поля, создаваемого второй частью (52) постоянных магнитов, причем вся вторая часть постоянных магнитов размещена за первой боковиной (12).

3. Дугогасительное устройство по п.2, отличающееся тем, что первая часть постоянных магнитов содержит два намагниченных участка (43, 33), размещенных за каждой из боковин (12, 13).

4. Дугогасительное устройство по п.3, отличающееся тем, что два намагниченных участка (43, 33) первой части постоянных магнитов расположены симметрично относительно продольной оси (10) камеры образования дуги.

5. Дугогасительное устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстие (40) образовано частично в стенке корпуса.

6. Дугогасительное устройство по п.1, отличающееся тем, что канал (31) для удаления проходит между, по меньшей мере, одним обменным пространством (24) и отверстием (40) и имеет, по существу, постоянное или уменьшающееся поперечное сечение.

7. Дугогасительное устройство по п.1, отличающееся тем, что деионизирующие пластины (22) содержат переднюю кромку, оснащенную центральной выемкой (23).

8. Дугогасительное устройство по п.1, отличающееся тем, что первая боковина (12) выполнена из керамического материала.

9. Дугогасительное устройство по п.8, отличающееся тем, что вторая боковина (13) выполнена из газообразующего органического материала.

10. Прерыватель, содержащий разделяемые контакты (1, 2) и дугогасительное устройство (4) для гашения электрической дуги, образующейся при размыкании упомянутых контактов, отличающийся тем, что дугогасительное устройство соответствует одному из пп.1-9.