ВАКУУМНЫЙ ПРЕРЫВАТЕЛЬ ДЛЯ ВАКУУМНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ Российский патент 2014 года по МПК H01H33/664 

Область техники

Настоящее изобретение относится к вакуумному прерывателю для выполнения операции по гашению дуги в вакуумном выключателе, а более точно к вакуумному прерывателю вакуумного выключателя для усиления радиального магнитного поля, влияющего на движущую силу дуги.

Предшествующий уровень техники

В целом, вакуумный прерыватель в вакуумном выключателе является основным дугогасящим устройством, применяемым в вакуумном выключателе, вакуумном переключателе, вакуумном контакторе и т.п. для прерывания тока нагрузки или тока короткого замыкания в энергетической системе. Вакуумный выключатель, который выполняет роль управления передачей электрической энергии и защиты энергетической системы, имеет большое количество преимуществ, например, высокую отключающую способность, высокую надежность и повышенную устойчивость, превосходную способность к монтажу даже в небольшом пространстве для установки и т.п., таким образом, его область применения распространена так, что включает в себя средние напряжения и высокие напряжения. Более того, отключающая способность выключателей также увеличивалась пропорционально увеличивающимся размерам промышленных мощностей.

Вакуумный прерыватель в вакуумном выключателе работает за счет использования магнитного поля, сгенерированного током, протекающим через его внутреннюю электродную структуру во время прерывания тока короткого замыкания. Исходя из способа генерирования магнитного поля, вакуумный прерыватель в основном может подразделяться на два типа: осевого магнитного поля (AMF) и радиального магнитного поля (RMF).

Радиальное магнитное поле может представлять способ позволяющий дуге, сжатой пинч-эффектом, перемещаться во время генерирования дуги, посредством чего предотвращается повреждение контактов, которое может возникнуть во время стягивания дуги, имеющей высокою температуру, между контактами.

Вакуумный прерыватель может иметь преимущества в аспекте управления дугой, когда он обладает высокой движущей силой дуги. Движущая сила дуги может быть сгенерирована посредством взаимодействия между плотностью (J) тока, протекающего в дуге, и магнитной индукцией (B) магнитного поля, сгенерированного током, протекающим через контактный зажим не его компоненте (F=J×B, где движущая сила дуги действует в направлении перпендикулярном плоскости, образованной двумя векторами, которые именуются плотностью тока и магнитной индукцией). Соответственно, движущая сила дуги может быть увеличена за счет увеличения плотности тока или плотности магнитной индукции.

На фиг. 1 показано продольное сечение вакуумного прерывателя предшествующего уровня техники.

Ссылаясь на фиг. 1, в вакуумном прерывателе предшествующего уровня техники изолированный контейнер 1 загерметизирован герметичной крышкой 2 неподвижной части и герметичной крышкой 3 подвижной части, неподвижный электрод 4 и подвижный электрод 5 размещены друг напротив друга в изолированном контейнере 1, так, чтобы приводиться в контакт друг с другом, внутренний экран 6 окружает пространство между неподвижным электродом 4 и подвижным электродом 5, неподвижный вал 4а неподвижного электрода 4 прикрепляется и объединяется с герметичной крышкой 2 неподвижной части, для подключения к его внешней стороне, а подвижный вал 5а подвижного электрода 5 объединяется с возможностью скольжения с герметичной крышкой 3 подвижной части, для подключения к его внешней стороне.

Кроме того, гибкий трубчатый экран 7 закрепляется и объединяется с подвижным валом 5а подвижного электрода 5, при этом между гибким трубчатым экраном 7 и подвижным фланцем 3 предусмотрена гибкая трубка 8 таким образом, что подвижный электрод 5 и подвижный вал 5а могут перемещаться, находясь в герметизированном состоянии внутри изолированного контейнера 1.

Внутренний экран 6 располагается симметричным образом, когда оба электрода 4, 5 полностью размыкаются, а металлический пар, образующийся во время генерирования дуги при операции по расцеплению цепи, конденсируются на нем, предотвращая, таким образом, понижение электрической прочности, когда металлические частицы пара прикрепляются к внутренней поверхности изолированного контейнера 1.

Вышеописанный вакуумный прерыватель предшествующего уровня техники может генерировать магнитное поле в радиальном направлении (в радиальном направлении распространения относительно направления перемещения подвижного электрода) за счет неподвижного электрода 4 и подвижного электрода 5, и тока, протекающего через дугу, электрически соединяющую два электрода 4, 5 друг с другом во время генерирования дуги. Магнитное поле вырабатывает движущую силу за счет взаимодействия с током, протекающим от неподвижного электрода 4 к подвижному электроду 5, при этом электроды располагаются в фиксированных положениях, а дуга перемещается, когда вырабатывается движущая сила. Направление перемещения дуги должно быть направлением, перпендикулярным плоскости, образованной двумя векторами, которые определены как ток и магнитное поле, а именно, направлением вдоль окружности (т.е. направлением вращения вокруг вала) на основе точки контакта, например, электромагнитной силы, воздействующей на поток (направление, перпендикулярное поверхности бумаги на чертеже).

Однако в упомянутом выше вакуумном прерывателе предшествующего уровня техники часть дуги может не следовать в направлении, перпендикулярном плоскости, образованной током и магнитным полем (также именуемым "строго горизонтальным направлением"), а следовать вблизи строго горизонтального направления, т.е. в наклонном рассеянном направлении на чертеже (также, именуемым "не строго горизонтальным направлением"). Не строго горизонтальное направление, может привести к ослаблению движущей силы дуги, а также потерям по причине рассеивания потока по сравнению с радиальным магнитным полем в строго горизонтальном направлении, способствующем движущей силе дуги.

Краткое изложение существа изобретения

Задача настоящего изобретения - предоставить вакуумный прерыватель вакуумного выключателя для минимизации дуги в не строго горизонтальном направлении, таким образом, усиливая движущую силу дуги.

Для того чтобы добиться этих и других преимуществ и в соответствии с назначением изобретения, как воплощено и в общих чертах раскрыто в материалах настоящей заявки, предоставлен вакуумный прерыватель в вакуумном выключателе, причем вакуумный прерыватель содержит: герметичный изолированный контейнер; неподвижный электрод, установленный во внутренней части изолированного контейнера; и подвижный электрод, расположенный напротив неподвижного электрода, и выполненный с возможностью скольжения относительно изолированного контейнера для генерирования магнитного поля между лицевой поверхностью неподвижного электрода и своей лицевой поверхностью; при этом предусмотрен притягивающий элемент, расположенный смежно с лицевыми поверхностями неподвижного электрода и подвижного электрода, для притягивания радиального магнитного поля, генерируемого между неподвижным электродом и подвижным электродом в радиальном направлении.

Объем применимости настоящей заявки будет более очевидным из дальнейшего подробного описания. Однако должно быть понятно, что подробное описание и специфичные примеры при указании предпочтительных вариантов осуществления изобретения даются только в иллюстративных целях, поскольку специалистам в данной области техники из подробного описания станут очевидными различные изменения и модификации, находящиеся в пределах сущности и объема изобретения.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг. 1 изображает вид продольного сечения типичного, известного вакуумного прерывателя;

Фиг. 2 изображает схематичный вид радиального магнитного поля, сгенерированного током между двумя электродами в вакуумном прерывателе, согласно предшествующему уровню техники;

Фиг. 3 изображает вид продольного сечения вакуумного прерывателя, согласно настоящему изобретению;

Фиг. 4-8 изображают общие виды и виды продольных сечений вариантов осуществления, в которых притягивающий элемент прикреплен к вакуумному прерывателю согласно настоящему изобретению;

Фиг. 9 изображает схематичный вид радиального магнитного поля, сгенерированного током между двумя электродами в вакуумном прерывателе, согласно настоящему изобретению;

Фиг. 10 и 11 изображают виды продольных сечений других вариантов осуществления, в которых притягивающий элемент прикреплен к вакуумному прерывателю, согласно настоящему изобретению.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

В дальнейшем со ссылкой на прилагаемые чертежи будет подробно описан вакуумный прерыватель в вакуумном выключателе согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3 показан вид продольного сечения, иллюстрирующий вакуумный прерыватель согласно настоящему изобретению, а фиг. 4-8 изображают общие виды и виды продольного сечения, иллюстрирующие варианты осуществления, в которых к вакуумному прерывателю прикреплен притягивающий элемент согласно настоящему изобретению.

Как описано выше, вакуумный выключатель согласно настоящему варианту осуществления может быть выполнен из керамического материала и оба конца изолированного контейнера 110, имеющего цилиндрическую форму, имеют отверстия и могут быть загерметизированы герметичной крышкой 121 неподвижной части и герметичной крышкой 122 подвижной части.

Неподвижный электрод 130 и подвижный электрод 140 могут быть расположены во внутреннем участке изолированного контейнера 110 напротив друг друга. Неподвижный электрод 130 может быть прикреплен к контейнеру через герметичную крышку 121 неподвижной части посредством неподвижного вала 131, проходящего к одной из поверхностей неподвижного электрода 130, а подвижный электрод 140 может быть объединен с возможностью скольжения с контейнером через герметичную крышку 122 подвижной части посредством подвижного вала 141, проходящего к одной из поверхностей подвижного электрода 140.

По меньшей мере, одна пара металлических внутренних экранов 170 может быть выполнена в форме цилиндра внутри изолированного контейнера 110 для вмещения неподвижного электрода 130 и подвижного электрода 140, при этом она может быть прикреплена и объединена с внутренней периферийной поверхностью изолированного контейнера 110.

Притягивающий элемент 180 может быть прикреплен и объединен с внешней окружной поверхностью изолированного контейнера 110 для притягивания радиального магнитного поля, сгенерированного между неподвижным электродом 130 и подвижным электродом 140 в горизонтальном направлении.

Притягивающий элемент 180 может быть выполнен из ферромагнитного материала, изготовленного из феррита, кобальта, никеля, их сплава или т.п., и должен быть присоединен и закреплен на внешней окружной поверхности изолированного контейнера 110.

Более того, притягивающий элемент 180 может быть предпочтительно сформирован так, чтобы иметь высоту в направлении ширины (в направлении перемещения подвижного электрода, которое в дальнейшем сокращенно именуется осевым направлением), чтобы сформированная высота в основном была не меньше, чем максимальное расстояние между неподвижным электродом 130 и подвижным электродом 140, посредством чего сила притяжения увеличивается.

Более того, притягивающий элемент 180 может быть сформирован в форме цилиндра и прикреплен к изолированному контейнеру 110, или множество притягивающих элементов 180 может быть сформировано в форме дуги и закреплено на изолированном контейнере 110.

Например, в случае, когда притягивающий элемент 180 имеет цилиндрическую форму, изолированный контейнер 110 может быть разделен на первый изолированный контейнер 111 и второй изолированный контейнер 112, как изображено на фиг. 4-6, при этом на внешней окружной боковой кромке (фиг. 4 и 5) или на внутренней окружной поверхности (фиг. 6) первого изолированного контейнера 111 и второго изолированного контейнера 112 могут быть сформированы ступенчатым образом опорные канавки 111a, 112a, 111b, 112b для вставки притягивающего элемента 180, при этом притягивающий элемент 180 может быть вставлен в опорные канавки 111a, 112a, 111b, 112b первого изолированного контейнера 111 и второго изолированного контейнера 112, чтобы его можно было приварить и объединить первый изолированный контейнер 111 со вторым изолированным контейнером 112, посредством чего обеспечивая возможность поддержания притягивающего элемента 180 изолированным контейнером 110 в горизонтальном направлении. Разумеется, вместо опорных канавок 111a, 112a на внешней окружной поверхности первого изолированного контейнера 111 и второго изолированного контейнера 112 могут быть сформированы опорные выступы (не показаны) для поддержания притягивающего элемента 180 в осевом направлении.

И наоборот, в случае, когда притягивающий элемент 180 имеет форму дуги, может быть сформирована опорная канавка 110а предварительно определенной глубины, или может быть сформировано множество опорных выступов (не показаны), имеющих предварительно определенную высоту на внешней окружной поверхности изолированного контейнера 110, как проиллюстрировано на фиг. 7, при этом множество притягивающих элементов 181, 182 может быть приварено или объединено друг с другом, используя другой способ, в состоянии, в котором множество притягивающих элементов 181, 182 вставлено в опорные канавки, либо вставлены между опорными выступами для фиксации притягивающих элементов 181, 182 на изолированном контейнере 110.

С другой стороны, в случае, когда на внешней окружной поверхности изолированного контейнера, предусмотрены притягивающие элементы, как изображено на фиг. 8, они могут быть объединены друг с другом, используя отдельный элемент, например, крепежное кольцо 190, независимо от того, имеет ли притягивающий элемент форму кольца или дуги.

Вышеупомянутый вакуумный прерыватель в вакуумном выключателе согласно настоящему изобретению может иметь следующую особенность функционирования.

Другими словами, в случае, когда притягивающий элемент 180, изготовленный из ферромагнитного материала, предусмотрен на внешней окружной поверхности изолированного контейнера 110, если притягивающий элемент 180 окружает внешнюю окружную поверхность изолированного контейнера 110, а более точно, находится между неподвижным электродом 130 и подвижным электродом 140, тогда радиальное магнитное поле, генерируемое между неподвижным электродом 130 и подвижным электродом 140 в радиальном направлении, может притягиваться к притягивающему элементу 180.

Тогда радиальное магнитное поле строго горизонтального направления, а также часть радиального магнитного поля не строго горизонтального направления из числа радиальных магнитных полей, сгенерированных между неподвижным электродом 130 и подвижным электродом 140, могут притягиваться притягивающим элементом 180 для усиления составляющей радиального магнитного поля в общем горизонтальном направлении, и посредством этого, радиальное магнитное поле между обоими электродами 130, 140 может быть, в конечном счете, дополнительно увеличено, таким образом увеличивая движущую силу дуги.

Ниже будет описан вакуумный прерыватель в вакуумном выключателе согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

Другими словами, притягивающий элемент 180 может быть прикреплен к внешней окружной поверхности изолированного контейнера 110, но, в некоторых случаях, притягивающий элемент 180 может быть предусмотрен на внешней окружной поверхности изолированного контейнера 110 на равномерных интервалах, или притягивающий элемент 180 может быть предусмотрен во внутренней части изолированного контейнера 110.

В случае, когда притягивающий элемент 180 предусмотрен во внутренней части изолированного контейнера, притягивающий элемент 180 может быть прикреплен и объединен с внутренней окружной поверхностью внутреннего экрана 170, как проиллюстрировано на фиг. 10, или может быть предусмотрен между внешней окружной поверхностью внутреннего экрана 170 и внутренней окружной поверхностью изолированного контейнера 110, как изображено на фиг. 11. Более того, внутренний экран 170 может быть изготовлен из ферромагнитного материала, обеспечивая возможность, таким образом, внутреннему экрану 170 выполнять роль притягивающего элемента.

Основная конфигурация и результаты функционирования вакуумного прерывателя в вакуумном выключателе согласно этому варианту осуществления могут быть по существу такими же, как в вышеупомянутом варианте осуществления. Однако в случае, когда притягивающий элемент предусмотрен во внутренней части изолированного контейнера, как проиллюстрировано в этом варианте осуществления, изолированный контейнер должен быть увеличен в размере, требуемом для предусмотренного притягивающего элемента, таким образом, он может быть относительно увеличен по сравнению с вышеупомянутым вариантом осуществления с точки зрения размера. Однако поскольку притягивающий элемент предусматривается во внутренней части изолированного контейнера, общий внешний вид вакуумного прерывателя может иметь сглаженный дизайн, и взаимное влияние между вакуумным прерывателем и другими компонентами, возникающее из-за притягивающего элемента, может быть заранее предотвращено. В частности, в случае, когда внутренний экран используется в качестве притягивающего элемента, количество сборочных деталей может быть уменьшено без увеличения размера вакуумного прерывателя, таким образом уменьшая стоимость производства.

Как описано выше, в вакуумном прерывателе в вакуумном выключателе в соответствии с этим вариантом осуществления предусмотрен притягивающий элемент, изготовленный из ферромагнитного материала для формирования пространства, находящегося между неподвижным электродом и подвижным электродом, для притягивания радиального магнитного поля, сгенерированного в радиальном направлении между неподвижным электродом и подвижным электродом посредством притягивающего элемента. За счет этого, составляющая радиального магнитного поля может быть увеличена в общем горизонтальном направлении между неподвижным электродом и подвижным электродом, и в результате радиальное магнитное поле между обоими электродами может быть дополнительно увеличено, за счет чего движущая сила дуги усиливается.

Изобретение относится к вакуумному прерывателю в вакуумном выключателе для выполнения операции по гашению дуги. Согласно изобретению предусматривается притягивающий элемент, изготовленный из ферромагнитного материала, для образования пространства между неподвижным электродом и подвижным электродом для притягивания радиального магнитного поля, сгенерированного в радиальном направлении между неподвижным электродом и подвижным электродом посредством притягивающего элемента. На внешней окружной поверхности изолированного контейнера ступенчатым образом сформирована опорная канавка для поддержания, вставленного в нее притягивающего элемента, в осевом направлении, которое является направлением передвижения подвижного электрода. Высота притягивающего элемента в осевом направлении не меньше, чем максимальное расстояние между неподвижным электродом и подвижным электродом. При этом составляющая радиального магнитного поля в общем горизонтальном направлении между неподвижным электродом и подвижным электродом может быть увеличена. Технический результат - увеличение движущей силы дуги за счет минимизации дуги в не строго горизонтальном направлении. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Вакуумный прерыватель в вакуумном выключателе, причем вакуумный прерыватель содержит:
герметичный изолированный контейнер;
неподвижный электрод, установленный во внутренней части изолированного контейнера; и
подвижный электрод, расположенный так, что он обращен к неподвижному электроду, и установлен с возможностью скольжения относительно изолированного контейнера для генерирования магнитного поля между лицевой поверхностью неподвижного электрода и своей лицевой поверхностью,
причем предусмотрен притягивающий элемент, расположенный смежно с лицевыми поверхностями неподвижного электрода и подвижного электрода и предназначенный для притягивания радиального магнитного поля, сгенерированного между неподвижным электродом и подвижным электродом в радиальном направлении,
причем на внешней окружной поверхности изолированного контейнера ступенчатым образом сформирована опорная канавка для поддержания, вставленного в нее притягивающего элемента, в осевом направлении, которое является направлением передвижения подвижного электрода,
причем высота притягивающего элемента в осевом направлении не меньше, чем максимальное расстояние между неподвижным электродом и подвижным электродом.

2. Вакуумный прерыватель по п.1, в котором притягивающий элемент сформирован из множества элементов в форме дуги, при этом множество притягивающих элементов в форме дуги объединены друг с другом для формирования кольца.

3. Вакуумный прерыватель по п.1, в котором изолированный контейнер сформирован первым контейнером и вторым контейнером, причем на соответствующих концах первого контейнера и второго контейнера сформированы первая опорная канавка и вторая опорная канавка для поддержания притягивающего элемента в осевом направлении.

4. Вакуумный прерыватель по п.3, в котором притягивающий элемент вставлен между первой опорной канавкой и второй опорной канавкой, а первый контейнер и второй контейнер объединены для фиксации притягивающего элемента на ступенчатой поверхности первой опорной канавки и второй опорной канавки.

5. Вакуумный прерыватель по п.1, в котором притягивающий элемент изготовлен из ферромагнитного материала.

6. Вакуумный прерыватель по любому из пп.1-5, в котором притягивающий элемент закреплен на внешней окружной поверхности контейнера крепежным кольцом.