ПРЕРЫВАТЕЛЬ ЦЕПИ Российский патент 2016 года по МПК H01H1/62 H01H1/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к прерывателю цепи, включающему в себя первый и второй контакты, перемещаемые относительно друг друга между разомкнутым положением, в котором контакты находятся на расстоянии друг от друга, и замкнутым положением, в котором контакты находятся в электрическом контакте друг с другом.

Уровень техники

Обычно один из контактов является неподвижным, а другой контакт является перемещаемым относительно неподвижного контакта. Однако в некоторых вариантах применения оба контакта выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга. Как правило, контакты окружены диэлектрической средой, такой как газ или жидкость. Один из контактов может включать в себя множество контактных элементов, таких как контактные пальцы, выполненные с возможностью находиться в контакте с другим контактом, когда контакты находятся в замкнутом положении. Прерыватель цепи также может включать в себя электростатический экранирующий узел, окружающий контактные элементы.

В маломасляных выключателях (LTB) контакты заключены в изоляторы с приложением высоковольтного потенциала. Они требуются для проведения в непрерывном режиме тока нагрузки до нескольких тысяч ампер, не позволяя при этом токопроводящим деталям превышать заданные пределы возрастания температуры.

Удовлетворение требований по допустимому значению тока нагрузки обычно достигается с помощью использования контактов с достаточно большим поперечным сечением из меди, алюминия или комбинации обоих. Наибольшее сопротивление токовой цепи обычно встречается между контактами в основных контактных точках соединения. Эти контактные точки обычно покрывают серебром для поддержания электрического сопротивления на минимальном уровне. Охлаждение контактных точек и токовых цепей обычно достигается естественной пассивной конвекцией диэлектрической среды, окружающей контакты. Принудительное охлаждение является непрактичным в прерывателях цепи по причинам стоимости и надежности.

Существует потребность улучшения допустимого значения тока в прерывателях цепи. Однако требуемое допустимое значение тока ограничено тепловыми потерями в контактных соединительных точках. Нормальное пассивное конвекционное охлаждение может быть недостаточным для соответствия максимальным допустимым повышениями температуры на контактах.

Таким образом, желательно увеличить рассеяние тепла в контактных соединительных точках, используя надежную и экономически эффективную пассивную конструкцию.

Сущность изобретения

Цель настоящего изобретения - обеспечить улучшенный прерыватель цепи с увеличенным рассеянием тепла в точках соединения движущегося контакта, с использованием надежной и экономически эффективной пассивной конструкции.

Эта цель достигается с помощью прерывателя цепи в соответствии с п. 1.

Прерыватель цепи, отличающийся тем, что первый контакт содержит сетку, изготовленную из металла, расположенную в тепловом контакте с контактными элементами, чтобы сделать возможным передачу тепла от контактных элементов к сетке, и сетка размещена так, что по меньшей мере частично окружает контактные элементы.

Металлическая сетка представляет собой полупроницаемый барьер, изготовленный из металлических проволок. Под «тепловым контактом» подразумевают то, что расстояние между сеткой и контактными элементами является таким, что обеспечивается возможность отвода тепла от контактных элементов к сетке. Тепло отводится от точек контакта в диэлектрическую среду, окружающую контакты, через сетку. Металлическая сетка существенно увеличивает площадь поверхности поблизости от контактных точек и тем самым способствует более эффективному рассеянию тепла, в то же время чрезмерно не тормозя конвекционный поток диэлектрической среды для удаления тепла от площади контакта.

Предложенное решение имеет следующие преимущества:

- пассивное, нет движущихся частей, нет технического обслуживания;

- легко встраивается в существующие контактные конструкции;

- простая сборка;

- низкая стоимость благодаря только одной дополнительной детали, т.е. металлической сетке.

Термин "прерыватель цепи" также охватывает выключатели, прерыватели, размыкатели и разъединители.

Настоящее изобретение может использоваться для любого типа прерывателя цепи, такого как маломасляный, баковый, GIS (выключатель с газовой изоляцией), для высокого напряжения, для среднего напряжения и даже для низкого напряжения. Изобретение фокусируется на рассеянии на контакте тепла, возникающего из-за протекания тока, так что оно является "независимым" от того, при каком напряжении используется размыкатель или прерыватель.

Соответственно, сетка расположена так, что она по меньшей мере частично окружает контактные элементы. Предпочтительно сетка расположена так, что она окружает по окружности контактные элементы, тем самым дополнительно увеличивая площадь поверхности поблизости от контактных точек.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения сетка простирается в осевом, а также в радиальном направлении от первого контакта. Таким образом, рассеяние тепла от контактных точек увеличивается.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, сетка по меньшей мере простирается вдоль длины контактных элементов в осевом направлении первого контакта. Таким образом, площадь поверхности поблизости от контактных точек увеличивается, что обеспечивает более эффективное рассеяние тепла.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, первый контакт содержит множество контактных пальцев, выполненных с возможностью находиться в контакте со вторым контактом, когда контакты находятся во втором положении, и упомянутая сетка расположена в тепловом контакте с контактными пальцами.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, первый контакт содержит электростатический экранирующий узел, окружающий контактные элементы и расположенный так, что образуется пространство между контактными элементами и электростатическим экранирующим узлом, а упомянутая сетка размещена в упомянутом пространстве. Этот вариант осуществления использует уже существующее пространство контакта, которое делает решение экономически эффективным и не увеличивает размер контакта.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, электростатический экранирующий узел включает в себя стенку, обращенную от контактных элементов, и в этой стенке предусмотрены отверстия для улучшения вентиляции пространства. Таким образом, увеличивается рассеяние тепла от контактных точек.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, сетка является трикотажной.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения сетка изготовлена из меди, медного сплава, луженой меди, покрытой серебром меди, медно-оловянного сплава, алюминия, алюминиевого сплава, стали или плакированной стали. Эти металлы имеют хорошие теплопроводящие свойства.

Краткое описание чертежей

Изобретение теперь будет объяснено более подробно с помощью описания различных вариантов осуществления изобретения и со ссылкой на приложенные фигуры.

Фиг. 1 показывает прерыватель цепи в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения в разомкнутом положении.

Фиг. 2 показывает прерыватель цепи, представленный на фиг. 1, в замкнутом положении.

Фиг. 3 показывает поперечное сечение вдоль линии A-A через прерыватель цепи, представленный на фиг. 2, в замкнутом положении.

Фиг. 4 показывает прерыватель цепи в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Фиг. 1-3 показывают прерыватель 10 цепи в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Фиг. 1 показывает прерыватель 10 цепи в разомкнутом положении, а фиг. 2 показывает прерыватель 10 цепи в замкнутом положении. Фиг. 3 показывает поперечное сечение вдоль линии A-A через прерыватель 10 цепи в замкнутом положении. Прерыватель 10 цепи включает в себя первый контакт 1 и второй контакт 2, перемещаемые относительно друг друга между разомкнутым положением, в котором контакты находятся на расстоянии друг от друга, как показано на фиг. 1, и замкнутым положением, в котором контакты 1, 2 находятся в электрическом контакте друг с другом, как показано на фиг. 2. Как правило, один из контактов является перемещаемым, а другой контакт является неподвижным. Однако также возможно, чтобы оба контакта являлись перемещаемыми. Первый контакт 1 включает в себя один или более контактных элементов 3, выполненных с возможностью находиться в контакте со вторым контактом, когда контакты находятся в замкнутом положении. Контактные элементы предусмотрены на одном конце первого контакта, и более конкретно контактные элементы предусмотрены на конце первого контакта, который обращен ко второму контакту.

В этом примере первый контакт 1 является неподвижной деталью, а второй контакт 2 представляет собой подвижную деталь, и неподвижная деталь имеет множество контактных пальцев 3, которые скользят по и находятся в контакте с соответствующей контактной поверхностью 5 подвижной детали 2. Контактные пальцы 3 выполнены с возможностью находиться в контакте со вторым контактом 2, когда контакты находятся в замкнутом положении. Контактные пальцы 3 обычно подпружинены для поддержания контактного давления. Другие возможные контактные элементы представляют собой, например, "пластинчатые" контакты, "многопластинчатые" контакты, контактные пружины или спирали, отдельные подпружиненные контактные пальцы.

Первый контакт 1 включает в себя электростатический экранирующий узел 4, окружающий по окружности контактные пальцы и охватывающий их. Таким образом, контактные пальцы 3 заключены внутри электростатического экранирующего узла 4. Между контактными пальцами 3 и электростатическим экранирующим узлом 4 образуется пространство 6. Это пространство 6 имеет диаметр d. Дополнительно контакты 1, 2 помещены в корпус (не показан), включающий в себя размыкающую диэлектрическую среду, например газ, такой как SF6. Корпус окружает контакты и образует камеру размыкателя. Корпус изготовлен, например, из изолирующего материала, такого как фарфор. Стенка электростатического экранирующего узла 4 может быть предусмотрена с отверстиями 7 для улучшения вентиляции пространства и для обеспечения свободного потока размыкающей диэлектрической среды и для облегчения эффективного пассивного конвекционного охлаждения области соединения между контактными пальцами 3 и контактной поверхностью 5 второго контакта 2. Однако отверстия 7 являются необязательными.

В соответствии с изобретением, первый контакт 1 содержит сетку 8, изготовленную из металла, расположенную в тепловом контакте с контактными элементами 3. "В тепловом контакте" означает, что сетка расположена достаточно близко к контактным элементам, чтобы быть способной отводить тепло от контактных элементов во внешнюю среду. Хотя предпочтительно, чтобы сетка находилась в механическом контакте с контактными элементами 3, сетка не обязательно должна находиться в непосредственном механическом контакте с контактными элементами. Сетка 8 предусматривается в непосредственной близости от контактных точек между первым и вторым контактами 1, 2, когда прерыватель находится в замкнутом положении. Сетка расположена с наружной стороны контактных элементов 3. Сетка 8 расположена так, что она по меньшей мере частично окружает контактные элементы 3. Предпочтительно сетка 8 расположена, чтобы окружать контактные элементы 3 первого контакта 1. Сетка 8 простирается в осевом, а также в радиальном направлении первого контакта 1. Сетка 8 по меньшей мере простирается вдоль длины контактных элементов 3 в осевом направлении первого контакта 1. Сетка 8 простирается на расстояние r в радиальном направлении контакта, которое зависит от размера контакта.

Контактные элементы выполнены с возможностью находиться в контакте с соответствующей контактной поверхностью второго контакта, когда контакты находятся в замкнутом положении, и сетка расположена в непосредственной близости от контактных точек между контактными элементами и контактной поверхностью второго контакта.

Сетка изготовлена из материала, который является хорошим проводником тепла и излучателем тепла и который также имеет некоторую гибкость и долговечность, чтобы быть способным противостоять вероятным изгибам во время механических действий прерывателя. Соответственно, сетка изготовлена из металла, такого как медь, медный сплав, сталь или эквивалент. В этом варианте осуществления изобретения сетка 8 расположена в пространстве 6 между контактными пальцами 3 и электростатическим экраном 4. Металлическая сетка 8 позволяет существенно увеличить площадь поверхности поблизости от контактных точек и способствует более эффективному рассеянию тепла, в то же время не тормозя чрезмерно конвекционный поток диэлектрической среды для удаления тепла от области контакта. Сетка представляет собой полупроницаемый барьер, изготовленный из соединенных полосок металла. Металлическая сетка может быть, например, тканой, трикотажной, сварной или тянутой из меди, стали или других металлов. Сетка 8 простирается в трех направлениях и предпочтительно заполняет пространство 6 между контактными пальцами 3 и электростатическим экраном 4. Сетка 8 в этом примере изготовлена из металлических проволок, которые расположены в виде беспорядочно спутанного клубка.

Фиг. 4 показывает другой пример того, как может быть расположена сетка. Лист из трикотажной сетки 14 расположен в пространстве 6 между контактными пальцами 3 и электростатическим экраном 4. Трикотажная сетка обмотана в несколько слоев 15 вокруг первого контакта в пространстве 6 между контактными пальцами 3 и электростатическим экраном 4. Сетка заполняет большую часть пространства 6.

Настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, но может изменяться и модифицироваться в пределах объема следующей формулы изобретения. Например, если прерыватель цепи не имеет какого-либо электростатического экрана, сетка может быть размещена таким же образом на внешней стороне контактных элементов и в тепловом контакте с контактными элементами.

Прерыватель цепи включает в себя первый (1) и второй (2) контакты, перемещаемые относительно друг друга между разомкнутым положением, в котором контакты находятся на расстоянии друг от друга, и замкнутым положением, в котором контакты находятся в электрическом контакте друг с другом. Первый контакт включает в себя один или более контактных элементов (3), выполненных с возможностью находиться в электрическом контакте со вторым контактом, когда контакты находятся в замкнутом положении, и сетку (8), изготовленную из металла, расположенную в тепловом контакте с контактными элементами. Сетка расположена так, чтобы по меньшей мере частично окружать контактные элементы, что позволяет отводить тепло от контактных элементов к сетке. Технический результат - повышение допустимого значения тока нагрузки за счет увеличения рассеяния тепла в точках соединения движущегося контакта. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Прерыватель цепи, включающий в себя первый (1) и второй (2) контакты, выполненные с возможностью движения относительно друг друга между разомкнутым положением, в котором контакты находятся на расстоянии друг от друга, и замкнутым положением, в котором контакты находятся в электрическом контакте друг с другом, и при этом первый контакт включает в себя один или более контактных элементов (3), выполненных с возможностью находиться в электрическом контакте со вторым контактом, когда контакты находятся в замкнутом положении, и сетку (8), изготовленную из металла, расположенную в тепловом контакте с контактными элементами, отличающийся тем, что сетка расположена так, чтобы по меньшей мере частично окружать контактные элементы.

2. Прерыватель цепи по п. 1, в котором контактные элементы (3) выполнены с возможностью находиться в электрическом контакте с соответствующей контактной поверхностью (5) второго контакта, когда контакты находятся в замкнутом положении, и при этом сетка расположена в непосредственной близости к контактным точкам между контактными элементами и контактной поверхностью второго контакта.

3. Прерыватель цепи по п. 1, в котором упомянутая сетка (8) простирается в осевом, а также в радиальном направлении первого контакта (1).

4. Прерыватель цепи по любому из пп. 1-3, в котором упомянутая сетка (8) по меньшей мере простирается вдоль длины контактных элементов (3) в осевом направлении первого контакта (1).

5. Прерыватель цепи по любому из пп. 1-3, в котором первый контакт (1) содержит множество контактных пальцев (3), выполненных с возможностью находиться в контакте со вторым контактом (2), когда контакты находятся во втором положении, а упомянутая сетка (8) расположена в тепловом контакте с контактными пальцами.

6. Прерыватель цепи по любому из пп. 1-3, в котором первый контакт содержит электростатический экранирующий узел (4), окружающий контактные элементы (3) и расположенный так, что между контактными элементами и электростатическим экранирующим узлом образуется пространство (6), и упомянутая сетка размещена в упомянутом пространстве.

7. Прерыватель цепи по п. 6, в котором электростатический экранирующий узел (4) включает в себя стенку, обращенную от контактных элементов, и в стенке предусмотрены отверстия (7) для улучшения вентиляции пространства.

8. Прерыватель цепи по п. 1, в котором сетка (8) является трикотажной.

9. Прерыватель цепи по любому из пп. 1-3, в котором сетка (8) изготовлена из меди, медного сплава, луженой меди, покрытой серебром меди, медно-оловянного сплава, алюминия, алюминиевого сплава, стали или стали с покрытием.

10. Прерыватель цепи по любому из пп. 1-3, в котором контактные элементы предусмотрены на конце первого контакта, который обращен ко второму контакту.