КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО И ДУГОГАСЯЩАЯ КАМЕРА ДЛЯ НЕГО Российский патент 2024 года по МПК H01H33/98 

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет китайской патентной заявки № 202010866044.8, озаглавленной "SWITCHING DEVICE AND ARC-EXTINGUISHING CHAMBER THEREOF", поданной 25 августа 2020 в Китайское патентное ведомство, которая включена в настоящий документ посредством ссылки во всей своей полноте.

Область техники

[0002] Настоящее раскрытие относится к технической области коммутаторов, в частности, к коммутационному устройству и, более конкретно, к дугогасящей камере.

Предшествующий уровень техники

[0003] Когда автоматический выключатель размыкается, между поверхностями разрыва генерируется дуга, причем дуга имеет чрезвычайно высокую температуру. В соответствии с формулой энергии, W=I2Rt, дуга переносит огромную энергию. В соответствии со специально спроектированной дугогасящей камерой, воздушное давление в камере теплового расширения увеличивается за счет энергии дуги, тем самым формируя разность давлений между давлением внутри камеры теплового расширения и давлением снаружи камеры теплового расширения. Затем, когда ток пересекает нуль, молекулы в термически диссоциированном состоянии между поверхностями разрыва быстро уносятся ввиду разности давлений, тем самым приводя к гашению дуги. Принцип гашения дуги на основе энергии дуги называется принципом гашения дуги собственной энергией.

[0004] Для выключения элегазового (SF6) выключателя, требуется достигать достаточно высокого воздушного давления в камере расширения. Воздушное давление может генерироваться различными способами, включая механический способ и способ посредством собственной энергии. В механическом способе, рабочий механизм приводит в движение поршень в цилиндре высокого давления, чтобы принудительно нагнетать воздух в камеру расширения, чтобы повысить давление. Для автоматического выключателя, особенно выключателя для прерывания больших токов, объем выключателя и объем ассоциированных рабочих механизмов должен быть особенно большим, если воздушное давление формируется механическим способом, следствием чего является неэкономичность и непрактичность. В настоящее время, основываясь на принципе гашения дуги собственной энергией, можно существенно снизить потребность в манипулировании механизмами для формирования воздушного давления в камере расширения.

[0005] Когда обычный автоматический выключатель, имеющий рабочий ход контакта, размыкается, подвижный контакт перемещается вдоль оси. Когда подвижный контакт перемещается в сторону дугоотводящего вспомогательного кольца, дугообразование возникает постоянно между двумя дугоотводящими вспомогательными кольцами. Дуга обычно нагревает камеру теплового расширения через зазор (далее упоминается как дуговой промежуток (разрядник)) между двумя дугоотводящими вспомогательными кольцами.

[0006] Макроскопически, дуга эквивалентна заряженному проводнику и генерирует магнитное поле. По существу, дуга представляет собой заряженную плазму и испытывает влияние магнитного поля. Поэтому дуга стремится сужаться под влиянием магнитного поля самой дуги. Более высокий ток размыкания означает более высокое давление сужения (сжатия). Нагревание камеры теплового расширения дугой, главным образом, осуществляется за счет теплового излучения вследствие эффекта сжатия дуги, и дуговой промежуток невелик, приводя в результате к низкой эффективности дугового нагрева камеры расширения через дуговой промежуток.

[0007] Поэтому, обеспечение дугогасящей камеры, чтобы улучшить использование энергии дуги, является проблемой, настоятельно требующей решения специалистами в данной области техники.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Ввиду вышеизложенного, предложена дугогасящая камера в соответствии с настоящим раскрытием, чтобы улучшить использование энергии дуги. Кроме того, коммутационное устройство с дугогасящей камерой также предложено в соответствии с настоящим раскрытием.

[0009] Для достижения вышеуказанных целей, следующие технические решения предложены в соответствии с настоящим раскрытием.

[0010] Предложена дугогасящая камера. Дугогасящая камера включает в себя первый контакт, второй контакт, дугоотводящие кольца, расположенные между первым контактом и вторым контактом и образующие дуговой промежуток (разрядник), и третий контакт, расположенный между первым контактом и вторым контактом и перемещающийся аксиально. Дугогасящая камера дополнительно включает в себя окружную (кольцевую) камеру теплового расширения и осевую камеру теплового расширения. Кольцевая камера теплового расширения сконфигурирована, чтобы собирать кольцевую энергию дуги. Кольцевая камера теплового расширения окружает по периферии дуговой промежуток между дугоотводящими кольцами. Осевая камера теплового расширения сконфигурирована, чтобы собирать осевую энергию дуги. Осевая камера теплового расширения расположена на стороне первого контакта удаленно от второго контакта. Осевая камера теплового расширения сообщается с дуговым промежутком. Третий контакт, при перемещении открытия, перемещается от первого контакта и по направлению ко второму контакту.

[0011] В варианте осуществления, дугогасящая камера дополнительно включает в себя цилиндр высокого давления. Цилиндр высокого давления (6) сконфигурирован, чтобы подавать под высоким давлением воздух в кольцевую камеру теплового расширения. Цилиндр высокого давления сообщается с кольцевой камерой теплового расширения.

[0012] В варианте осуществления, дугоотводящие кольца включают в себя первое дугоотводящее кольцо вблизи первого контакта и второе дугоотводящее кольцо вблизи второго контакта. Дуговой промежуток образован между первым дугоотводящим кольцом и вторым дугоотводящим кольцом. После того как третий контакт перемещается от первого контакта, осевая камера теплового расширения сообщается с дуговым промежутком через пространство внутри первого контакта.

[0013] В варианте осуществления, осевая камера теплового расширения расположена симметрично вдоль центральной линии третьего контакта.

[0014] В варианте осуществления, осевая камера теплового расширения представляет собой металлическую конструкцию, и внутренняя поверхность осевой камеры теплового расширения покрыта устойчивым к высокой температуре (жаропрочным) материалом.

[0015] В варианте осуществления, осевая камера теплового расширения выполнена с портом сброса давления на торце осевой камеры теплового расширения, удаленном от первого контакта. Порт сброса давления снабжен клапаном сброса давления для управления открытием и закрытием порта сброса давления. Клапан сброса давления управляется для открытия порта сброса давления в случае, когда давление в осевой камере теплового расширения достигает предварительно установленного значения.

[0016] В варианте осуществления, осевая камера теплового расширения выполнена с направляющей пластиной на торцевой поверхности осевой камеры теплового расширения на удалении от третьего контакта. Направляющая пластина постепенно расширяется от свободного конца направляющей пластины до конца направляющей пластины, соединенного с осевой камерой теплового расширения. Свободный конец направляющей пластины обращен к третьему контакту.

[0017] Предложено коммутационное устройство. Коммутационное устройство включает в себя дугогасящие камеры, описанные в соответствии с любым одним из приведенных выше вариантов осуществления.

[0018] С помощью дугогасящей камеры в соответствии с настоящим раскрытием, часть генерируемой энергии дуги вводится в осевую камеру теплового расширения посредством осевого воздушного потока, а другая часть энергии дуги вводится в кольцевую камеру теплового расширения посредством воздушной конвекции и излучения через дуговой промежуток. На основе вышеописанной структуры, камера теплового расширения располагается в каждом из возможных направлений потока дуги, используя всю энергию дуги, избегая потерь и, тем самым, улучшая использование энергии дуги.

Краткое описание чертежей

[0019] Для того чтобы более ясно проиллюстрировать технические решения в вариантах осуществления настоящего раскрытия или в традиционной технологии, чертежи, используемые в описании вариантов осуществления или традиционной технологии, кратко описаны ниже. Очевидно, что чертежи в последующем описании показывают только некоторые варианты осуществления настоящего раскрытия, и другие чертежи могут быть получены специалистами в данной области техники на основе этих чертежей без каких-либо творческих усилий.

[0020] Фиг. 1 представляет собой схематичное представление структуры дугогасящей камеры в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

[0021] Предложена дугогасящая камера в соответствии с настоящим раскрытием, чтобы улучшить использование энергии дуги. Кроме того, дополнительно предложено коммутационное устройство, включающее в себя дугогасящую камеру в соответствии с настоящим раскрытием.

[0022] Далее, технические решения в вариантах осуществления настоящего раскрытия описаны ясно и полно во взаимосвязи с чертежами в вариантах осуществления настоящего раскрытия. Очевидно, что описанные варианты осуществления представляют собой только некоторые варианты осуществления настоящего раскрытия, а не все варианты осуществления. Все другие варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники на основе вариантов осуществления настоящего раскрытия без каких-либо творческих усилий, входят в объем защиты настоящего раскрытия.

[0023] Как показано на фиг. 1, дугогасящая камера, то есть, по меньшей мере одна дугогасящая система, обеспечена в соответствии с настоящим раскрытием. Дугогасящая система включает в себя первый контакт 2, второй контакт 7, дугоотводящие кольца, третий контакт 8, кольцевую камеру 5 теплового расширения и осевую камеру 3 теплового расширения. Дугоотводящие кольца расположены между первым контактом 2 и вторым контактом 7 и формируют дуговой промежуток (разрядник) B. Третий контакт 8 расположен между первым контактом 2 и вторым контактом 7 и перемещается аксиально. Третий контакт 8, в положении замыкания, контактирует с первым контактом 2 и вторым контактом 7, и третий контакт 8, в положениях, соответствующих открытию, перемещается в сторону от первого контакта 2 и по направлению ко второму контакту 7. В этом процессе, после того как третий контакт 8 перемещается от первого контакта 2, генерируется дуга между третьим контактом 8 и первым контактом 2. Часть генерируемой энергии дуги вводится в осевую камеру 3 теплового расширения посредством осевого воздушного потока, и другая часть энергии дуги вводится в кольцевую камеру 5 теплового расширения посредством воздушной конвекции и излучения через дуговой промежуток B. На основе вышеописанной структуры, камера теплового расширения располагается в каждом из возможных направлений потока дуги, используя всю энергию дуги, избегая потерь и тем самым улучшая использование энергии дуги.

[0024] В варианте осуществления, дугогасящая камера дополнительно включает в себя цилиндр 6 высокого давления. Цилиндр 6 высокого давления сконфигурирован, чтобы подавать под высоким давлением воздух в кольцевую камеру 5 теплового расширения. Цилиндр 6 высокого давления сообщается с кольцевой камерой 5 теплового расширения. Конкретно, цилиндр 6 высокого давления сообщается с кольцевой камерой 5 теплового расширения через несколько каналов. Поршень в цилиндре 6 высокого давления перемещается, чтобы сжимать воздух в цилиндре 6 высокого давления для повышения давление в цилиндре 6 высокого давления, так что воздух под высоким давлением нагнетается в кольцевую камеру 5 теплового расширения через каналы. Цилиндр высокого давления сконфигурирован, чтобы выполнять следующие две функции. Для первой функции, перед тем как третий контакт 8 перемещается в сторону от первого контакта 2 (то есть, перед генерацией дуги), воздух в цилиндре 6 высокого давления нагнетается в кольцевую камеру 5 теплового расширения, чтобы увеличивать базовое воздушное давление в кольцевой камере 5 теплового расширения, так что воздух нагревается и поддерживается под высоким давлением. Для второй функции, в случае прерывания малого тока, энергия дуги недостаточна, чтобы устанавливать достаточное давление в кольцевой камере 5 теплового расширения, таким образом, требуется устанавливать давление с использованием цилиндра 6 высокого давления. Цилиндр 6 высокого давления в соответствии с настоящим раскрытием включает в себя две нижние поверхности 10 и кольцевой изолирующий цилиндр, расположенный между двумя нижними поверхностями.

[0025] В случае прерывания большого тока, осевой воздушный поток дуги вводится в осевую камеру 3 теплового расширения, чтобы нагревать воздух для поддержания давления воздуха, и молекулы в термически диссоциированном состоянии между поверхностями разрыва уносятся воздухом в осевой камере 3 теплового расширения, когда ток пересекает нуль. В случае прерывания малого тока, воздух инжектируется в кольцевую камеру 5 теплового расширения с использованием цилиндра 6 высокого давления, чтобы повысить давление в кольцевой камере 5 теплового расширения ввиду заметного нагревающего эффекта дуги, и молекулы в термически диссоциированном состоянии между поверхностями разрыва уносятся воздухом в кольцевой камере 5 теплового расширения, когда ток пересекает нуль. В итоге, две камеры теплового расширения выполняют функции соответственно, прерывая при этом различные токи с помощью дугогасящей камеры.

[0026] В варианте осуществления, дугоотводящие кольца включают в себя первое дугоотводящее кольцо 1 вблизи первого контакта 2 и второе дугоотводящее кольцо 9 вблизи второго контакта 7. Дуговой промежуток B образован между первым дугоотводящим кольцом 1 и вторым дугоотводящим кольцом 9. Осевая камера 3 теплового расширения сообщается с дуговым промежутком B через пространство перемещения третьего контакта 8. Конкретно, каждый из первого контакта 2, второго контакта 7 и дугоотводящих колец имеет кольцевую структуру. Третий контакт 8 аксиально перемещается вдоль внутреннего кольца кольцевой структуры. Когда третий контакт 8 перемещается в положение между первым дугоотводящим кольцом 1 и вторым дугоотводящим кольцом 9, генерируемый воздух с энергией дуги вводится в осевую камеру 3 теплового расширения через дуговой промежуток B и пространство, оставленное третьим контактом 8. Здесь раскрыто то, каким образом осевая камера 3 теплового расширения сообщается с дуговым промежутком B. На практике, способ сообщения может конфигурироваться в соответствии с реальными требованиями. Альтернативно, осевая камера 3 теплового расширения может сообщаться с дуговым промежутком B через магистраль.

[0027] Осевая камера 3 теплового расширения расположена симметрично вдоль центральной линии третьего контакта 8, облегчая обработку, установку и сбор осевой энергии дуги. На практике, различные конфигурации могут быть выполнены в соответствии с различными требованиями.

[0028] Осевая камера 3 теплового расширения может быть выполнена из металлического материала или высокопрочного изоляционного материала. Вследствие высокой температуры воздушного потока, входящего в осевую камеру 3 теплового расширения, первая внутренняя стенка 3а вторая внутренняя стенка 3b и третья внутренняя стенка 3c осевой камеры 3 теплового расширения предпочтительно покрыты стойким к абляции изоляционным материалом. Покрытие может быть выполнено способом нанесения покрытия, чтобы снизить термическое повреждение материала. Изоляционный материал может представлять собой политетрафторэтилен (тефлон).

[0029] В варианте осуществления, осевая камера 3 теплового расширения в соответствии с настоящим раскрытием выполнена с портом сброса давления на торце осевой камеры 3 теплового расширения, удаленном от первого контакта 2. Порт сброса давления снабжен клапаном 4 сброса давления для управления открытием и закрытием порта сброса давления. В случае, когда давление в осевой камере 3 теплового расширения достигает предварительно установленного значения, клапан 4 сброса давления управляется так, чтобы открывать порт сброса давления. Конкретно, клапан 4 сброса давления не действует в случае, когда дугогасящая камера нормально работает. В случае, когда дугогасящая камера не может погасить дугу, вследствие отказа компонента дугогасящей камеры, осевой воздушный поток, генерируемый энергией дуги, непрерывно поступает в осевую камеру 3 теплового расширения, следовательно, воздушное давление в осевой камере 3 теплового расширения увеличивается, приводя к риску необратимого механического повреждения дугогасящей камеры. Когда воздушное давление в осевой камере 3 теплового расширения достигает предварительно установленного значения, клапан 4 сброса давления действует, чтобы сбросить воздушное давление в осевой камере 3 теплового расширения, тем самым избегая механического повреждения дугогасящей камеры.

[0030] Осевая камера 3 теплового расширения в соответствии с настоящим раскрытием выполнена с направляющей платиной на торцевой поверхности осевой камеры 3 теплового расширения, удаленной от третьего контакта 8, так что осевой воздушный поток в осевую камеру 3 теплового расширения быстро рассеивается к краю осевой камеры 3 теплового расширения. Направляющая пластина постепенно расширяется от свободного конца направляющей пластины к концу направляющей пластины, соединенному с осевой камерой 3 теплового расширения, и свободный конец направляющей пластины обращен к третьему контакту 8. То есть, конический выступ выполнен в центре торца осевой камеры 3 теплового расширения. На практике, конический выступ может быть интегрирован с клапаном 4 сброса давления, то есть, конический выступ является частью клапана 4 сброса давления, обеспечивая быструю установку и, тем самым, улучшая эффективность сборки.

[0031] Сумма объемов кольцевой камеры 5 теплового расширения и осевой камеры 3 теплового расширения в настоящем раскрытии эквивалентна объему одной камеры теплового расширения дугогасящей камеры, прерывающей тот же ток, что и ток кольцевой камеры 5 теплового расширения и осевой камеры 3 теплового расширения, чтобы собирать больше энергии дуги при том же объеме камеры теплового расширения. Размеры кольцевой камеры 5 теплового расширения и осевой камеры 3 теплового расширения могут быть определены в соответствии с реальными требованиями, что входит в объем защиты настоящего раскрытия.

[0032] Кроме того, коммутационное устройство, включающее в себя дугогасящую камеру в соответствии с вышеописанными вариантами осуществления, дополнительно обеспечено в соответствии с настоящим раскрытием. Поэтому, вышеописанные технические эффекты могут быть достигнуты с коммутационным устройством, включающим в себя дугогасящую камеру, которые не будут здесь повторяться.

[0033] Варианты осуществления в настоящей спецификации описаны поступательным образом. Каждый из вариантов осуществления концентрируется на отличиях от других, и те же самые или подобные части вариантов осуществления могут ссылаться друг на друга.

[0034] На основе приведенного выше описания раскрытых вариантов осуществления, специалисты в данной области техники смогут реализовать или осуществить настоящее раскрытие. Для специалистов в данной области техники очевидно, как выполнять модификации этих вариантов осуществления. Общий принцип, определенный в настоящем документе, может применяться к другим вариантам осуществления без отклонения от содержания или объема настоящего раскрытия. Поэтому не подразумевается, что настоящее раскрытие ограничено вариантами осуществления, проиллюстрированными в настоящем документе, но должно определяться самым широким объемом, соответствующим принципу и новым признакам, раскрытым в настоящем документе.

Изобретение относится к коммутационному устройству и дугогасящей камере для него. Технический результат заключается в увеличении использования энергии дуги. Дугогасящая камера включает в себя первый контакт, второй контакт, дугоотводящие кольца, расположенные между первым контактом и вторым контактом и образующие дуговой промежуток, и третий контакт, расположенный между первым контактом и вторым контактом и перемещающийся аксиально. Дугогасящая камера дополнительно включает в себя кольцевую камеру теплового расширения и осевую камеру теплового расширения. Кольцевая камера теплового расширения сконфигурирована, чтобы собирать кольцевую энергию дуги. Кольцевая камера теплового расширения окружает по периферии дуговой промежуток между дугоотводящими кольцами. Осевая камера теплового расширения сконфигурирована, чтобы собирать осевую энергию дуги. Осевая камера теплового расширения расположена на стороне первого контакта, удаленной от второго контакта. Осевая камера теплового расширения сообщается с дуговым промежутком. Третий контакт, при перемещении открытия, перемещается в сторону от первого контакта и по направлению ко второму контакту. Часть генерируемой энергии дуги вводится в осевую камеру теплового расширения посредством осевого воздушного потока, и другая часть энергии дуги вводится в кольцевую камеру теплового расширения посредством воздушной конвекции и излучения через дуговой промежуток, используя всю энергию дуги, избегая потерь и, тем самым, улучшая использование энергии дуги. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Дугогасящая камера, содержащая первый контакт (2), второй контакт (7), дугоотводящие кольца, расположенные между первым контактом (2) и вторым контактом (7) и образующие дуговой промежуток, и третий контакт (8), расположенный между первым контактом (2) и вторым контактом (7) и перемещающийся аксиально, причем дугогасящая камера дополнительно содержит:

кольцевую камеру теплового расширения (5), сконфигурированную, чтобы собирать кольцевую энергию дуги, причем кольцевая камера теплового расширения (5) окружает по периферии дуговой промежуток между дугоотводящими кольцами;

осевую камеру теплового расширения (3), сконфигурированную, чтобы собирать энергию осевой дуги, причем осевая камера теплового расширения (3) расположена на стороне первого контакта (2), удаленной от второго контакта (7), осевая камера теплового расширения (3) сообщается с дуговым промежутком, и третий контакт (8), при перемещении открытия, перемещается в сторону от первого контакта (2) и по направлению ко второму контакту (7);

цилиндр высокого давления (6), сконфигурированный, чтобы подавать под высоким давлением воздух в кольцевую камеру теплового расширения (5), причем цилиндр высокого давления (6) сообщается с кольцевой камерой теплового расширения (5);

причем в случае прерывания большого тока осевой воздушный поток дуги вводится в осевую камеру теплового расширения (3), чтобы нагревать воздух для поддержания давления воздуха, и молекулы в термически диссоциированном состоянии между поверхностями разрыва уносятся воздухом в осевой камере теплового расширения (3), когда ток пересекает нуль; в случае прерывания малого тока воздух инжектируется в кольцевую камеру теплового расширения (5) с использованием цилиндра высокого давления (6), чтобы повысить давление в кольцевой камере теплового расширения (5) ввиду заметного нагревающего эффекта дуги, и молекулы в термически диссоциированном состоянии между поверхностями разрыва уносятся воздухом в кольцевой камере теплового расширения (5), когда ток пересекает нуль; осевая камера теплового расширения (3) и кольцевая камера теплового расширения (5) выполняют функции соответственно, прерывая при этом различные токи с помощью дугогасящей камеры.

2. Дугогасящая камера по п. 1, причем

дугоотводящие кольца содержат первое дугоотводящее кольцо (1) вблизи первого контакта (2) и второе дугоотводящее кольцо (9) вблизи второго контакта (7), дуговой промежуток образован между первым дугоотводящим кольцом (1) и вторым дугоотводящим кольцом (9), и после того как третий контакт (8) перемещается в сторону от первого контакта (2), осевая камера теплового расширения (3) сообщается с дуговым промежутком через пространство внутри первого контакта (2).

3. Дугогасящая камера по п. 1, причем

осевая камера теплового расширения (3) расположена симметрично вдоль центральной линии третьего контакта (8).

4. Дугогасящая камера по п. 1, причем

осевая камера теплового расширения (3) представляет собой металлическую конструкцию, и на внутренней поверхности осевая камера теплового расширения (3) покрыта материалом, стойким к воздействию высокой температуры.

5. Дугогасящая камера по п. 1, причем

осевая камера теплового расширения (3) снабжена портом сброса давления на торце осевой камеры теплового расширения (3), удаленном от первого контакта (2), порт сброса давления снабжен клапаном сброса давления (4) для управления открытием и закрытием порта сброса давления, и клапан сброса давления (4) управляется, чтобы открывать порт сброса давления в случае, когда давление в осевой камере теплового расширения (3) достигает предварительно установленного значения.

6. Дугогасящая камера по любому одному из пп. 1-5, причем

осевая камера теплового расширения (3) снабжена направляющей пластиной на торцевой поверхности осевой камеры теплового расширения (3), удаленной от третьего контакта (8), направляющая пластина постепенно расширяется от свободного конца направляющей пластины к концу направляющей пластины, соединенному с осевой камерой теплового расширения, и свободный конец направляющей пластины обращен к третьему контакту (8).

7. Коммутационное устройство, содержащее дугогасящую камеру по любому одному из пп. 1-6.