УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДУГИ ДЛЯ ВАКУУМНОГО ПРЕРЫВАТЕЛЯ Российский патент 2018 года по МПК H01H33/664 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к устройству с двумя контактами, которые являются подвижными относительно друг друга, в частности, используемому для вакуумных прерывателей, предоставляющему возможность управления электрической дугой, которая может формироваться, посредством прокладывания ее пути, в то же время, рассеивая ее. В частности, допускающие наложение электроды содержат элемент в форме таблетки, соединенный с элементом основания, содержащим щели и соединительные приспособления.

Изобретение также относится к электрической коммутационной установке, реализующей тип регулирования дуги, проводимого посредством контактного устройства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Электрические распределительные установки высокого напряжения, в частности между 12 и 72 кВ, могут использовать вакуумные прерыватели, которые должны, следовательно, выдерживать непрерывное протекание тока, типично порядка 1250 А - 10 кА, не испытывая избыточного нагрева, и должны отключать токи короткого замыкания порядка нескольких тысяч ампер, типично от 25 кА до 100 кА. Вакуумные прерыватели, таким образом, содержат два электрода, которые являются подвижными относительно друг друга, которые находятся в контакте для прохождения номинального тока и разделяются, чтобы прерывать его.

Отключение тока может приводить к появлению электрической дуги, которую необходимо регулировать и рассеивать настолько быстро, насколько возможно. Регулирование дуги может, таким образом, быть такого типа, который использует осевое магнитное поле, или AMF, или использует радиальное или поперечное магнитное поле, т.е., RMF или TMF: см. фиг. 1.

При регулировании дуги типа RMF или TMF дуга 1 концентрируется, сужается в столб, который типично имеет диаметр около 1 см. Посредством радиального или поперечного магнитного поля, сформированного протеканием тока в контактах 3, эта дуга 1 выполняет вращательное движение вдоль периферии двух контактов 3, и ее тепловая энергия распределяется по широкой площади поверхности. Для того, чтобы формировать магнитное поле, были разработаны многочисленные формы контакта 3, в частности, на основе моделей "чашеобразного" типа 3A (см. DE 3724813 или фиг. 1A) для RMF или "лепесткового" типа 3B (см. FR 2541038 или фиг. 1B) для TMF. Эти элементы управления предлагают хорошую эффективность отключения тока и хорошую рабочую характеристику с длительными временами дуги (больше 15 мс), в то же время хорошо выдерживая эффект токовых петель, формируемых соединительными шинами вакуумных ламп в прерывателях цепи и ячейках. Однако, вращающиеся дуги ведут к чрезмерной эрозии контактов (вместе с заполнением зазора между лепестками 3B, где они существуют), и, следовательно, электрическая долговечность устройства снижается; более того, характеристика пробоя диэлектрика остается средней, в частности, после отключений тока короткого замыкания.

При AMF-регулировании дуга 5 поддерживается рассеянной, другими словами, состоящей из нескольких столбов дуги, которые являются более или менее параллельными, для того, чтобы минимизировать плотность тепловой энергии на поверхности двух контактов 7 до тех пор, пока ток не снизится естественным образом до нуля и не прервется: фиг. 1C. Относительно равномерное распределение энергии дуги 5 предлагает очень низкую скорость эрозии. Однако, хотя дуга 5 может поддерживаться относительно рассеянной для данных среднеквадратических значений тока, в конкретных фазах волны тока, в частности, когда мгновенный ток является очень высоким и во время сильных асимметрий, данные параметры не позволяют этой дуге 5 быть полностью рассеянной, и может быть сформирован основной столб, окруженный венцом. Поскольку тепловая нагрузка больше не распределяется равномерно, может происходить неотключение; более того, при отключении тока короткого замыкания, могут формироваться сварные соединения между двумя поверхностями контактов 7. Были предусмотрены вырезы на или под поверхностью контактов для того, чтобы решать эти проблемы (WO 2001/41173), которые ведут к уменьшению в диэлектрических рабочих характеристиках, в то же время не полностью решая проблемы. Один пример осевого регулирования также описывается в US 2006/124600: в этом случае два идентичных электрода помещаются обращенными друг к другу.

Для того чтобы воспользоваться преимуществом двух типов регулирования, были разработаны определенные системы, объединяющие два действия: см., например, WO 2012/038092 или US 2008/67151, которые используют контакты, содержащие центральную часть TMF-типа и периферийную часть AMF-типа. Однако, помимо того факта, что эти контакты являются дорогостоящими, полученный результат остается компромиссом и сохраняет слабые места двух предыдущих типов. В частности, эрозия контактов, обусловленная RMF-регулировкой, остается вместе с заполнением зазора между лепестками. Кроме того, если первоначальная дуга начинается на периферийной части, сохраняется только продольное регулирование, без влияния радиального регулирования, управляемого посредством центральной части контакта.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение, таким образом, нацелено на предоставление смешанного регулирования дуги, формируемой при отключении посредством нового контактного устройства, на основе факта того, что сила, которая обуславливает рассеивание дуги, имеет природу, отличную от силы, придающей ей вращательное движение.

Изобретение, таким образом, относится к устройству, содержащему два контактных электрода, в частности, для вакуумного прерывателя высокого напряжения. Два электрода устройства являются зеркальными отражениями друг друга, и каждый устанавливается на стержень: в замкнутом положении одна поверхность каждого электрода находится в контакте с другой; в разомкнутом положении было применено перемещение вдоль, по меньшей мере, одного из стержней, и две поверхности отделены друг от друга, в то же время оставаясь параллельными.

Каждый электрод содержит контакт в форме таблетки, связанный с элементом основания. Две сплошные пластины являются накладываемыми на круглую контактную поверхность электрода. Преимущественно, элементы в форме таблетки принимают форму плоских сплошных дисков и выполнены из материала, приспособленного к присутствию дуги, в частности, из сплава меди.

На своей поверхности, противоположной контактной поверхности, сплошная пластина соединяется с элементом основания, предпочтительно посредством пайки. Соединительная поверхность элемента основания является круглой, с диаметром, меньшим или равным диаметру элемента в форме таблетки; могут быть предусмотрены крепления, например, канавка, связанная с кромкой элемента в форме таблетки.

Элемент основания может принимать форму диска, или кубка, выполненного из токопроводящего материала, предпочтительно меди; преимущественно, его внешняя форма не содержит каких-либо острых углов, с возможным исключением соединительной поверхности. Основание может быть полым в своем центре, так что элемент в форме таблетки крепится жестко к нему только по наружной кромке; металлическое усиление может тогда быть установлено в центре полости для того, чтобы усиливать структуру.

Основание содержит множество вырезов, щелей или канавок, которые предоставляют возможность определения пути линий тока, протекающего в нем, что формирует базис явления рассеивания дуги. В частности, основание содержит, по меньшей мере, три, предпочтительно пять, сквозных щели между соединительной поверхностью и противоположной поверхностью, которые делят основание на сектора. Щели протягиваются между первым периферийным краем, который может раскрываться из основания или иначе, и вторым краем, внутренним по отношению к основанию, по направлению к его центру; на своем внутреннем крае щели являются касательными к окружности, концентрической со стержнем. Щели могут быть прямоугольными или изогнутыми; предпочтительно, все щели допускают наложение друг с другом и отделяются друг от друга постоянным углом таким образом, что секторы являются идентичными.

Для того, чтобы еще лучше направлять линии тока, может быть полезным также предусматривать пазы в кромках, используемых для жесткого крепления к элементу в форме таблетки. В частности, может быть полезным, чтобы центральная полость основания протягивалась в каждом секторе, так, чтобы формировать, например, соединительную поверхность, содержащую равномерно распределенные кольцевые секторы, ограниченные с одной стороны одним из вырезов. Альтернативно или в качестве дополнения, часть жесткого крепления основания может иметь адаптированную некруглую форму, например, с центральной полостью в форме звезды.

Изобретение также относится к контактному устройству для вакуумного прерывателя, содержащего устройство, такое как ранее определенное, связанное со средством смещения, по меньшей мере, одного из стержней. Изобретение, наконец, относится к коммутационной аппаратуре высокого напряжения, в которой контактное устройство предоставляет возможность разделения двух линий, или частей линий, электроэнергетической системы или изоляции блока электрического оборудования энергетической системы, в частности, генератора переменного тока.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие преимущества и признаки станут более ясно понятными из описания, которое следует для конкретных вариантов осуществления изобретения, предоставленных в качестве неограничивающих иллюстраций, показанных на прилагаемых чертежах.

Фиг. 1A, 1B и 1C, уже описанные, иллюстрируют принцип работы контактных устройств согласно предшествующему уровню техники.

Фиг. 2A иллюстрирует принцип работы контактного устройства согласно одному варианту осуществления изобретения; фиг. 2B и 2C показывают контактное устройство согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, как покомпонентный вид и в собранном положении; фиг. 2D иллюстрирует вакуумную лампу согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 3A и 3B показывают альтернативы установки элемента в форме таблетки на элементе основания в устройстве согласно изобретению.

Фиг. 4 иллюстрирует действие на линиях тока элемента основания для устройства согласно изобретению.

Фиг. 5A, 5B и 5C показывают альтернативы для элементов основания устройства согласно изобретению.

Фиг. 6 показывает разброс в показателях электрического сопротивления в коммерческой лампе, оснащенной устройством согласно изобретению и традиционным устройством.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ОДНОГО ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Как описано выше в данном документе, в существующих типах регулирования дуги, магнитная сила радиального или поперечного поля делает дугу вращающейся, но предоставляет ей возможность сжатия, тогда как магнитная сила осевого поля предоставляет возможность поддержания дуги настолько рассеянной, насколько возможно, на некоторой площади поверхности контактов без изменения области дуги. Эти два варианта предоставляют возможность рассеивания энергии дуги.

Согласно изобретению энергия дуги, которая формируется при отделении контактов в вакуумном прерывателе, распределяется таким образом, чтобы иметь возможность удерживать переходное напряжение TRV повторного инициирования, которое возникает между клеммами лампы непосредственно после гашения дуги в момент, когда ток проходит через свой натуральный ноль, упомянутое распределение применяется согласно другому принципу, чем на предшествующем уровне техники, отыскивая источник одной из двух сил между силой, предоставляющей возможность вращения дуги, и силой, предоставляющей возможность ее рассеяния, где-нибудь еще, а не в магнитном поле. В частности:

- эффект вращения дуги получается посредством радиального магнитного поля, формируемого суммарным перемещением тока в структуре электрода контактного устройства;

- эффект рассеивания дуги получается за счет вынуждения линий тока следовать определенным маршрутам с высокой плотностью тока, когда он проникает в электрод контактного устройства;

- затем, с более низкой плотностью тока в момент, когда линии тока проникают в часть, которая формирует поверхность контакта, ток переходит в дугу и во второй электрод.

Фактически, дуга 9 рассеивается аналогично осевому регулированию дуги AMF, но подвергается вращательному перемещению аналогично TMF/RMF-режиму, это происходит, однако, над всей поверхностью контактов, включающей центр последнего: см. фиг. 2A. Этот тип регулирования дуги, следовательно, предлагает улучшенный класс отключения, чем осевое регулирование, в то же время поддерживая очень низкий уровень эрозии.

В частности, контакты, между которыми формируется дуга, формируются в двух частях: основание для распределения линий тока и для ускорения во вращении дуги, и контактная поверхность, на которой дуга зажигается. Путь тока определяется формой вырезов на основании, которая может быть прямой или изогнутой для того, чтобы определять спиральный эффект и для факта того, что два контакта являются зеркальными отражениями друг друга, другими словами не являются накладываемыми.

В частности, рассеяние дуги, сформированной в основании, обеспечивается фактом того, что линии тока естественно занимают весь объем, доступный, когда они проходят через элемент основания: проходя от центра к периферии, линии тока видят объем, через который они проходят расширяющимся, и, следовательно, они рассеиваются. На аноде такое же явление возникает в обратном направлении: линии тока входят в анод через самую широкую часть и, следовательно, являются рассеянными в дуге, что придает последней относительно рассеянный внешний вид; затем, линии тока направляются к центру основания, где они сходятся, далеко от дуги.

Таким образом, как иллюстрировано на фиг. 2B и 2C, контактное устройство 10 содержит два электрода 12, обычно называемые "контактами", которые являются зеркальными отражениями относительно друг друга. Два электрода 12 устанавливаются на два стержня 14, соединенных со средством приведения в действие (не показано), так, чтобы предоставлять возможность относительного перемещения между двумя электродами 12, упомянутое перемещение выполняется за счет смещения вдоль стержня 14. Обычно, один из стержней 14₁ монтируется статичным в вакуумном прерывателе 16, а другой 14₂ является подвижным в процессе смещения (фиг. 2D). Когда устройство 10 используется в вакуумном прерывателе 16, оно помещается в изолирующую камеру, традиционно выполненную из керамики, зачастую с металлическим экраном 18, выполненным из меди или нержавеющей стали, например, локализованным вокруг электродов 12 независимо от их относительного положения.

Электроды 12 имеют, как правило, круглую форму для того, чтобы лучше распределять линии электрического поля; их диаметр изменяется как функция тока короткого замыкания, который вакуумный прерыватель 16 должен прерывать и повторно устанавливать, в частности, между 20 мм для токов короткого замыкания, меньших, чем 20 кА, до больших, чем 140 мм для токов короткого замыкания порядка 100 кА или более.

Каждый электрод 12 состоит из элемента 30 основания, выполненного из материала с низким удельным сопротивлением, как правило, меди, и контакта 20 в форме таблетки, формирующего контактную поверхность между двумя электродами 12. Согласно изобретению, элемент 20 в форме таблетки, иногда также называемый "контактным наконечником", является сплошным диском, выполненным из токопроводящего материала, традиционно используемого для этого применения, в частности, сплава медь/хром или медь/вольфрам; диск 20 может также быть выгнутым. Предпочтительно, контактная поверхность 22 сплошной пластины 20 является плоской, без наличия конкретного профиля, хотя представляется возможным добавить вырезы; альтернативно, как иллюстрировано на фиг. 3A, на своей стороне, противоположной контактной поверхности 22, элемент 20' в форме таблетки может содержать кромку 24, которая предоставляет возможность защиты основания 30 от воздействий дуги, покрывая ее периферию. Однако, фактически, сплошной и плоский диск 20 без вырезов, который легко изготовить и, следовательно, является недорогим, гарантирует лучшую диэлектрическую характеристику вакуумного прерывателя 16, в которой будет установлено контактное устройство 10.

Толщина элемента 20 в форме таблетки может изменяться от одного до нескольких миллиметров в зависимости от уровня тока короткого замыкания, который вакуумный прерыватель 16 должен прерывать и/или повторно устанавливать. Элемент 20 в форме таблетки может быть того же размера что и поверхность основания 30, к которой он жестко прикрепляется. В одном предпочтительном варианте осуществления, иллюстрированном на фиг. 3B, диаметр диска 20 больше, чем диаметр основания 30, например, на порядок его толщины, в частности, на 0,5 мм, 1 мм или 5 мм; свесы 26 могут достигать нескольких толщин элемента 20 в форме таблетки таким образом, что расширяется область рассеивания дуги.

Каждый элемент 20 в форме таблетки, следовательно, связывается с элементом основания, или основанием 30, предпочтительно посредством пайки. Элемент 30 основания содержит круглую соединительную поверхность 32, накладываемую на элемент 20 в форме таблетки или со слегка меньшим диаметром; его обычной формой может быть диск, или кубок, но предпочтительно элемент 30 основания имеет скругленные кромки 34 для того, чтобы гарантировать хорошую диэлектрическую рабочую характеристику. Толщина элемента 30 основания может составлять порядка нескольких миллиметров, вплоть приблизительно до десяти, в зависимости от номинального тока, который лампа 16 должна непрерывно проводить.

Элемент 30 основания является полым в своем центре так, чтобы оставлять кромку 36, на которой лежит элемент 20 в форме таблетки. Глубина полости 37 равна нескольких миллиметрам, преимущественно 2 мм, что предоставляет возможность минимизации электрического сопротивления, гарантируя хорошую компенсацию в случае разламывания контактов во время сотен, или даже тысяч, срабатываний, выполняемых вакуумным прерывателем 16. Для того, чтобы стабилизировать всю сборку, в частности, для больших электродов, центральный усилительный элемент 38 может быть установлен для того, чтобы поддерживать элемент 20 в форме таблетки; усилительный элемент 38 предпочтительно выполнен из нержавеющей стали и является цилиндрическим; в одном предпочтительном варианте осуществления, иллюстрированном на фиг. 3B, он помещается в подходящем креплении 39 элемента 30 основания.

Элемент 30 основания содержит вырезы 40, которые прокладывают пути линий тока во время его прохождения от электрода 12 к другому электроду. Вырезы являются щелями 40, проходящими сквозь основание 30 между его соединительной поверхностью 32 и противоположной стороной, с тем, чтобы формировать секторы 42 основания 30. Щели 40 протягиваются между первым периферийным концом 44 и вторым центральным концом 46; преимущественно, щели 40 являются открытыми, другими словами, первый конец 44 соответствует внешней стенке элемента 30 основания. Альтернативно, как иллюстрировано на фиг. 5A, щели 40 не являются открытыми, и первые концы 44 формируют круг, вписанный в элемент 30 основания; круг, сформированный таким образом, типично имеет диаметр 1-2 мм, или даже несколько миллиметров, меньше, чем диаметр элемента 30 основания.

Как иллюстрировано на фиг. 4, направление линий тока I зависит от ориентации вырезов 40: для того, чтобы протекать между двумя электродами 12, ток I должен идти от центра элемента 30 основания к его периферии на катоде, и обратно на аноде, в объемах, определенных вырезами 40. Щели 40 размещаются так, чтобы быть касательными на своем втором конце 46 к окружности 48, центрированной относительно элемента 30 основания. Угол α, определенный таким образом между щелью 40 и окружностью 48, предпочтительно идентичен для всех щелей 40 в элементе 30 основания, но как бы то ни было, углы α всегда заданы в одном и том же направлении, другими словами, секторы 42 увеличиваются в размере от центра по направлению к периферии, размер измеряется вдоль дуги окружности, центрированной на элементе 30 основания/стержне 14. Преимущественно, щели 40 допускают наложение и/или распределены равномерным образом вокруг упомянутой окружности 48, щели 40 отличаются друг от друга исключительно поворотом вокруг центра элемента 30 основания, преимущественно, на постоянный угол.

Ширина вырезов 40 является достаточной, чтобы предоставлять возможность разделения областей, в которых протекают линии тока I, которые предоставляют им их пути и регулируют их плотность в зависимости от того, находятся ли они близко к центру или к периферии элемента 30 основания, при этом оставаясь ограниченными для того, чтобы поддерживать элемент 30 основания устойчивым; предпочтительно щели 40 имеют ширину порядка 1 мм. Аналогично, по меньшей мере, три щели показаны, но увеличение их числа предоставляет возможность оптимизации путей линий тока, когда они проходят сквозь элемент 30 основания. Для того, чтобы оставаться в пределах стоимости и иметь выгодную конструкцию предпочтительным с точки зрения механики, предпочтительно включать пять или шесть щелей 40.

Щели 40 могут быть линейными по причинам, обусловленным производством. Альтернативно, как иллюстрировано на фиг. 5B, щели 40' могут быть искривлены так, чтобы формировать секторы 42' в форме лепестков, или в форме пропеллеров, предпочтительно допускающих наложение, для того, чтобы усиливать вращение рассеянной дуги.

Для того, чтобы прокладывать пути линий тока I и вызывать вращение и ускорение дуги, является полезным дополнительно предусматривать выемки 52 в припаянной кромке 36: таким образом, как иллюстрировано на фиг. 4, линии тока I становятся сконцентрированными на крайней части выемки 50 в кромке 36. Ширина выемок 52 приспосабливается к элементу 30 основания таким образом, чтобы гарантировать достаточную электрическую проводимость между двумя частями 20, 30 электрода 12, в то же время вызывая вращение и улучшенное ускорение дуги. Предпочтительно, выемки 52 идентичны для всех секторов 42 и представляют примерно от четверти до половины кромки 36.

Альтернативно, как показано схематично на фиг. 5C, кромка 36 практически замкнута по своей периферии, за исключением открытых щелей 40. В этом варианте осуществления вращение обеспечивается посредством соответствующей формы центральной полости 37', которая больше не является круглой, а содержит острые углы, упомянутые углы частично ограничиваются щелями 40. Эта альтернатива предоставляет возможность получения большей соединительной поверхности 32 и предлагает практически эквивалентный путь всем линиям тока I.

Форма секторов 42, сужающаяся по направлению к центральной области и расширяющаяся по направлению к периферии, ведет к плотным линиям тока I рядом с центром, с областью концентрации 54, которая постепенно расширяется, когда они движутся по направлению к периферии, с тем, чтобы минимизировать плотность тока в области расхождения 56 и занимать весь доступный объем секторов 42 элемента 30 основания в полости 37, эффект, который оптимизирует рассеивание дуги.

Как изложено выше в данном документе, устройство 10 согласно изобретению содержит два электрода 12, обращенных друг к другу, с вырезами 40, которые являются зеркальными отражениями друг друга, для того, чтобы получать радиальное поле: щели 40, таким образом, выстроены в линию друг с другом, разделяясь только элементами 20 в форме таблетки. Таким образом, линии тока I, который течет внутри секторов 42 элемента 30 основания, формируют магнитное поле, которое формирует усилие, которое придает вращательное движение дуге, в противоположность RMF- или TMF-регулированию дуги, при котором ток течет в элементе 20 в форме таблетки с тем, чтобы формировать магнитное поле, которое вынуждает дугу вращаться. Сама дуга остается между двумя элементами 20 в форме таблетки, рассеивается по всей поверхности: макроскопический путь тока в двух частях регулирования дуги формирует магнитное поле, которое накладывает вращательное движение на дугу независимо от факта того, что она рассеивается. В частности:

- эффект вращения дуги получается посредством радиального магнитного поля, сформированного общим движением тока в структуре элемента 30 основания;

- эффект рассеивания дуги получается за счет следования линий тока по определенным путям с высокой плотностью тока. Когда ток покидает стержень 14₁ прерывателя с катода, он течет от центра элемента основания к его периферии - и проходит через область 54, которая предлагает немного материала для линий тока I; на периферии основания катода линии тока I проходят через более обширный объем материала, и рассеиваются, занимая доступный объем перед переходом в дугу, которая была сформирована между двумя контактами, затем ко второму контакту (аноду) с тем, чтобы завершать путь в обратном направлении к стержню 14₂ прерывателя.

Было выполнено несколько тестов. В частности, в вакуумной камере, моделирующей вакуумный прерыватель, отснятые изображения и измерение напряжения (между клеммами двух контактов при наличии дуги) показали, что дуга была эффективно рассеяна, и ей было придано вращательное движение.

Кроме того, контактное устройство 10, иллюстрированное на фиг. 2C, было использовано вместо существующего контактного устройства в вакуумных лампах VG-типа, продаваемых на рынке компанией Schneider Electric: для одинаковых размеров (регулятор дуги 60 мм с характеристикой отключения 31,5 кА при 17,5 кВ), вакуумный прерыватель предоставляет возможность прерывания токов короткого замыкания, которые до 20% выше максимальных токов, которые может прерывать стандартный прерыватель. Кроме того, как показано на фиг. 6, электрическое сопротивление прерывателей с новым регулированием дуги, допустимое посредством устройства согласно изобретению, ниже (среднее значение уменьшено на два в иллюстрированном примере), другими словами, нагрев полюсов прерывателей цепи, пропорциональный упомянутому электрическому сопротивлению, ограничивается; также отметим, что разброс показателей ниже, с заметным стандартным отклонением менее 1 для среднего значения сопротивления около 7,8 мкОм по сравнению со стандартным отклонением больше 3 для среднего значения сопротивления около 15,3 мкОм.

Благодаря новому типу контактного устройства 10 согласно изобретению и регулированию дуги согласно концепции рассеивания дуги, несжатой, но заданной с вращением, которое предоставляет возможность ее применения, коммутационное оборудование и вакуумные прерыватели16 предлагают следующие преимущества:

- эффективное распределение тепловой энергии, которое предоставляет возможность удовлетворения потребностей конкретных прикладных задач, таких как задачи с очень длительными продолжительностями дуг, типа задержанного падения до нуля в отключениях генераторов переменного тока, некоторых применениях на железной дороге с частотами 16 Гц и т.д.;

- высокую характеристику отключения, идентичную характеристике регулирования дуги RMF или TMF-типа;

- хорошую характеристику для прерываний тока с длительными продолжительностями дуг;

- высокие и постоянные диэлектрические рабочие характеристики до и после отключения тока короткого замыкания;

- электрическую долговечность посредством сплошных контактных поверхностей 22;

- предотвращение явления сваривания во время операций замыкания, благодаря тому факту, что энергия вращения дуги 9 после ее формирования (расстояние между двумя контактами меньше миллиметра) становится распределенной по поверхности 22;

- очень хорошие рабочие характеристики для отключения батарей конденсаторов благодаря хорошей характеристике диэлектрического пробоя и вращению предварительной дуги во время замыкания на токи батареи конденсаторов, которые могут достигать 20 кА или более;

- низкое электрическое сопротивление;

- управляемая локализация дуги, которая остается в пределах контактной поверхности 22 и не замыкается на экран 18 вакуумного прерывателя 16;

- более хорошее механическое сопротивление контактного устройства 10, чем у AMF или RMF/TMF-типов;

- стоимость производства контакта 20 в форме таблетки ниже, чем контакта, используемого для TMF-регулирования дуги лепесткового типа, и особенно для регулирования дуги AMF-типа.

Изобретение относится к контактному устройству для вакуумного прерывателя и к вакуумному прерывателю. Техническим результатом является повышение эффективности распределения тепловой энергии. Для регулирования дуги, которая формируется во время отключения в вакуумном прерывателе, было разработано контактное устройство (10), которое делает возможным накладывание вращательного движения на дугу, в то же время сохраняя дугу рассеянной. Получается вращающаяся рассеянная дуга, при этом каждый электрод (12) контактного устройства (10) содержит сплошную пластину (20), связанную с основанием (30) лепесткового типа, два электрода зеркально отражают друг друга. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Контактное устройство (10) для вакуумного прерывателя (16), содержащее два электрода (12), каждый из которых жестко прикреплен к соответствующему стержню (14), причем стержни (14) совмещены в осевом направлении друг с другом, каждый электрод (12) содержит элемент (20) в форме таблетки, связанный с основанием (30) через соединительную поверхность (32), два электрода (12) выполнены с возможностью занимать положение, в котором элементы (20) в форме таблетки находятся в соприкосновении, и положение, в котором они отделены друг от друга посредством относительного смещения вдоль стержней (14);

при этом соединительная поверхность (32) содержит вырезы (40), проходящие между первым концом (44) на периферии основания (30) и вторым концом (46) внутри основания (30), причем каждый вырез (40) на втором конце (46) является касательным к окружности (48), центрированной на соответствующем стержне (14);

при этом вырезы (40) проходят сквозь толщину основания (30), все вырезы (40) основания (30) выполнены в одном и том же направлении таким образом, чтобы формировать дуговые секторы (42) основания (30), расширяющиеся от центра к периферии, и два электрода (12) являются зеркальным отражением друг друга, так что вырезы (40) наложены друг на друга в контактном устройстве (10); и

при этом каждое основание (30) включает в себя периферийную кромку (36) для соединения с элементом (20) в форме таблетки, причем каждая кромка (36) содержит по меньшей мере одну выемку (52), смежную с по меньшей мере одним вырезом (40).

2. Контактное устройство по п. 1, при этом элемент (20) в форме таблетки является по существу плоским сплошным диском.

3. Контактное устройство по п. 2, при этом соединительная поверхность (32) включена в окружность, вписанную в диск элемента (20) в форме таблетки.

4. Контактное устройство по п. 1, при этом каждое основание (30) содержит центральную полость (37), формирующую периферийную кромку (36) для соединения с элементом (20) в форме таблетки.

5. Контактное устройство по п. 4, при этом каждый электрод (12) дополнительно содержит усиление (38) в полости (37) для поддержания элемента (20) в форме таблетки.

6. Контактное устройство по п. 4, при этом каждая кромка (36) содержит по меньшей мере одну выемку (52), проходящую в продолжение полости (37) и выходящую на периферию.

7. Контактное устройство по п. 6, при этом соединительная поверхность (32) содержит пять кольцевых участков кромки (36), отделенных пятью выемками (52) и ограниченных на одном конце вырезом (40).

8. Контактное устройство по п. 4, при этом элемент (20) в форме таблетки является по существу плоским сплошным диском, а соединительная поверхность (32) включена в окружность, вписанную в диск элемента (20) в форме таблетки.

9. Контактное устройство по п. 7, при этом элемент (20) в форме таблетки является по существу плоским сплошным диском, а соединительная поверхность (32) включена в окружность, вписанную в диск элемента (20) в форме таблетки.

10. Контактное устройство по п. 1, при этом вырезы (40) являются щелями (40), открывающимися на своем первом конце (44).

11. Контактное устройство по п. 1, при этом вырезы (40) являются идентичными, смещенными друг от друга посредством поворота вокруг стержня (14).

12. Контактное устройство по п. 11, при этом вырезы (40) и секторы (42) распределены равномерно вокруг стержня (14).

13. Контактное устройство по п. 8, при этом вырезы являются идентичными щелями (40), открывающимися на своем первом конце (44) и смещенными друг от друга посредством поворота вокруг стержня, так что вырезы (40) и секторы (42) распределены равномерно вокруг стержня (14).

14. Вакуумный прерыватель (16), содержащий воздухонепроницаемую камеру, в которой расположено контактное устройство (10) по любому из пп. 1-13, причем по меньшей мере один из стержней (14) устройства связан со средствами приведения в движение, позволяющими элементам (20) в форме таблетки занимать упомянутые два положения.

15. Коммутационная аппаратура, содержащая вакуумный прерыватель по п. 14.

16. Вакуумный прерыватель, содержащий:

воздухонепроницаемую камеру, в которой расположено контактное устройство, содержащее два электрода (12), каждый из которых жестко прикреплен к соответствующему стержню (14), причем стержни (14) совмещены в осевом направлении друг с другом, каждый электрод (12) содержит элемент (20) в форме таблетки, связанный с основанием (30) через соединительную поверхность (32), два электрода (12) выполнены с возможностью занимать положение, в котором элементы (20) в форме таблетки находятся в соприкосновении, и положение, в котором они отделены друг от друга посредством относительного смещения вдоль стержней (14);

при этом соединительная поверхность (32) содержит вырезы (40), проходящие между первым концом (44) на периферии основания (30) и вторым концом (46) внутри основания (30), причем каждый вырез (40) на втором конце (46) является касательным к окружности (48), центрированной на соответствующем стержне (14);

при этом вырезы (40) проходят сквозь толщину основания (30), все вырезы (40) основания (30) выполнены в одном и том же направлении таким образом, чтобы формировать дуговые секторы (42) основания (30), расширяющиеся от центра к периферии, и два электрода (12) являются зеркальным отражением друг друга, так что вырезы (40) наложены друг на друга в контактном устройстве (10); и

при этом каждое основание (30) включает в себя периферийную кромку (36) для соединения с элементом (20) в форме таблетки, причем каждая кромка (36) содержит по меньшей мере одну выемку (52), смежную с по меньшей мере одним вырезом (40).

17. Вакуумный прерыватель по п. 16, при этом элемент (20) в форме таблетки является по существу плоским сплошным диском, а соединительная поверхность (32) включена в окружность, вписанную в диск элемента (20) в форме таблетки.