Устройство для гашения электрической дуги Советский патент 1984 года по МПК H01H33/02 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ преимущественно постоянного тока, содержащее корпус, размыкающиеся контакты, жидкую среду в корпусе и элемент, движущий жидкую среду в корпусе, отличающееся тем, что, с целью повышения отключающей способности и уменьщения времени коммутации, корпус заполнен также и газообразной средой, а элемент размещен внутри корпуса, причем рабочие поверхности контактов расположены в части корпуса, заполненной газом, а элемент, движущий жидкую среду,в части корпуса, заполненной жидкостью.

, W

ел ю

,(

. S

J Иаобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для гашения дуги, и предназначено преимущественно для коммутации постоянного тока. Известно автокомпрессионное дугогасительное устройство, в котором при размыкании контактов одновременно происходит движение поршня в цилиндре. Дугогасящая среда (газ), которая находится в цилиндре, сжимается и истекает через дугогасительное сопло. Воздействие потока дугогасящей cpeдь на дугу, горящую в сопле, приводит к ее гащению. Длина дуги, давление дугогасящей среды и скорость ее истечения изменяются плавно, следствием чего является плавное изменение напряжения на дуге. Кроме того, при газовом дутве получается относительно низкое напряжение на дуге 1. Однако устройство в основном предназначено для отключения переменного тока и является неэффективным при отключении постоянного тока. Наиболее близким к изобретению является устройство для гашения дуги с жидкой дугогасящей средой, содержащее корпус, размыкающиеся контакты, жидкую среду в корпусе и элемент, движущий жидкую среду в корпусе. Неподвижный контакт является полым и в нем размещен соединенный с наружным приводом поршень. В торцевой поверхности неподвижного контакта имеется отверстие, нормально покрытое подвижным контактом. Крометого, на боковой стороне неподвижного контакта также имеются отверстия. При операции отключения поршень в полом неподвижном контакте из крайнего нижнего положения начинает двигаться вверх и находящаяся в нем дугогасительная жидкость свободно истекает через боковые отверстия. В тот момент, когда поршень полностью перекрывает боковые отверстия неподвижного контакта, истечение жидкости через них прекращается и происходит удар поршня об оставшуюся в контакте неподвижную жидкость. Удар приводит к импульсному росту давления жидкости, вследствие чего она начинает истекать через торцевое отверстие. Истекающая струя отбрасывает подвижный контакт и, ударяясь в него, разлетается в радиальном направлении. Разлетающаяся жидкость воздействует на дугу, образующуюся между контактами, и вызывает ее гашение 2. Недостатком известного устройства является то, что движение жидкости из межконтактного промежутка наружу приводит лишь к перемещению дуги практически со скоростью среды. Время коммутации боль шое. При этом не происходит интенсивное охлаждение дуги потоком жидкости, и, следовательно, дугогасительная способность является низкой. Цель изобретения - повыщение отключающей способности и уменьшение времени коммутации Указанная цель достигается; тем, что в устройстве для- гащения электрической дуги преимущественно постоянного тока, содержащем корпус, размыкающиеся контакты, жидкую среду в корпусе и элемент, движущий жидкую среду, корпус заполнен также и газообразной средой, а элемент размещен внутри корпуса, причём рабочие поверхности контактов расположены в части корпуса, заполненной газом, а элемент, движущий жидкую среду, - в части корпуса, заполненной жидкостью. На фиг. 1 представлена конструкция устройства; на фиг. 2 - то же другой вариант. Устройство (фиг. 1) состоит из вертикального цилиндрического корпуса1 с двумя крыщками 2 и 3. Через крышки проходят два контакта 4 и 5, по крайней мере один из которых, например 4, является подвижным и соединен с приводом 6. Через нижнюю крышку 3 проходит также шток 7поршня 8, который является элементом, движущим жидкую среду, и боковая поверхность которого контактирует с внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью контакта 5. Во внутренней полости корпуса над поршнем находится жидкая дугогасящая среда 9. Над жидкостью располагаются пары этой жидкости либо иной газ 10. Рабочие поверхности контактов во включенном положении находятся в среде этого газа. Контакты 4 и 5 могут быть сплошными или полыми с дугогасительными соплами, в которые может происходить истечение газа и жидкости. Нижний контакт 5 имеет боковое отверстие 11 для слива жидкости из внутренней полости контакта. Контакты 4 и 5 изолированы один от другого с помощью изоляционных конструкций, которыми могут быть детали 1-3 или 8 (на фиг. 1 это деталь 2). Устройство работает следующим образом. При подаче командного импульса поршень 8 под воздействием внешнего привода начинает двигаться. Он приводит в движение дугогасительную жидкость и среду 9. 8некоторый момент до, после или одновременно с началом движения поршня с помошью привода 6 производится размыкание контактов 4 и 5. При этом между контактами возникает дуга,.которая движением сжимающегося газа фиксируется в межконтактном промежутке вблизи его оси, а в случае полых контактов затягивается и внутрь дугогасительных сопел. По достижении поверхностью жидкости межконтактного

промежутка жидкость начинает течь в радиальном направлении к оси этого промежутка. Образуется суживающаяся со все увеличиающейся скоростью газовая полость, в которой горит дуга. В момент смыкания этой полости жидкость останавливаегся. Вследствие возникающего при этом гидравлического удара давление в межконтактном промежутке за очень малое время возрастает до весьма больших величин, диаметр дуги становится весьма малым, что приводит к резкому возрастанию напряжения на дуге и ее гашению.

Включение производится в обратном порядке. Поршень 8 опускается и с ним опускается жидкость 9. Жидкость из полости в контакте 5 может быть удалена с помощью специального сливного 11. До, после или одновременно с оп сканием поршня 8 может быть произведено смыкание контактов 4 и 5.

Возможна конструкция устройства с поперечным по отношению к продольной оси корпуса расположением контактов (фиг. 2).

Устройство (фиг. 2) содержит корпус 1 с крышками 2 и 3. Контакты 4 и 5 проходят через корпус вблизи верхней крышки 2. Один из этих контактов, например 4, является подвижным и соединен с приводом 6. Через нижнюю крышку 3 проходит шток 7 поршня 8, боковая поверхность которого контактирует с внутренней поверхностью корпуса 1. Во внутренней полости корпуса над поршнем находится жидкая дугогасящая среда 9, а над ней - пар жидкости или иной газ 10. Рабочие поверхности контактов во включенном положении находятся в среде этого газа. Над контактами 4 и 5 расположена дугогасительная решетка 11. Контакты 4 и 5 изолированы один от другого с помощью изолятора 12.

Последовательность работы устройства (фиг. 2) аналогична предыдущей конструкции. Газовая полость, в которой горит дуга, образуется между поверхностью жидкости и верхней крышкой. При смыкании поверхности жидкости с внутренней поверхностью крышки вследствие гидравлического удара образуется высокое давление, вызывающее быстрое сжатие дугового столба и повышение напряжения на дуге. Этому также способствует дугогасительная решетка, увеличивающая эффективную длину дуги. Эффект гидроудара может быть увеличен, если корпус, цилиндрический в нижней своей части, в верхней части сужается.

С целью уменьшения воздействия гидравлЛеского удара на механизм привода поршня и облегчения условий его работы между поршнем и дугогасящей жидкостью может быть расположена демпфирующая прослойка газа либо жидкости, отличающейся от

дугогасящей. Газ или жидкость повышенного давления могут быть также использованы как самостоятельные элементы, движущие жидкую дугогасящую среду. Для г этого в той части корпуса, где расположена дугогасящая среда, должен находиться клапан для подачи газа или жидкости повышенного давления. В качестве жидкости повышенного давления может быть использована сама дугогасящая жидкость.

Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с известным обусловлены принципиально иной организацией процесса гашения дуги при воздействии на нее импульсного потока жидкости. В известном

5 устройстве поток жидкости растягивает дугу, что не может создать большого напряжения на дуге и большой скорости его нарастания.

Дополнительный эффект возникает вследствие воздействия на дугу движущейся по0 верхности жидкости. Подобный эффект обнаружен при исследовании воздействия на дугу, горящую вблизи стенки, ударной волны, двигающейся по Отношению к дуге в поперечном направлении в сторону к стен5 ке. При импульсном сжатии дуги и торможении движущегося за ударной волной толкающего газа начинает проявлять себя неустойчивость Тейлора, вследствие чего развивается интенсивное перемешивание толкающего газа со сжатой плазмой дуги, что при0 водит к ее интенсивному охлаждению и резкому росту градиента напряжения, который в указанном исследовании достигает 70 кВ/см. Такого же эффекта следует ожидать и при сжатии дуги в смыкающейся полости в жидкости. Хотя его проявление мо жет быть ослаблено существенно меньщи. ми скоростями смыкания жидкости по сравнению со скоростью движения ударной волны, он должен усиливаться за счет существенно большей разницы плотностей толкаю0 щей жидкости и сжимаемой плазмы дуги (причина неустойчивости Тейлора) и дополнительным отбором тепла за счет испарения и разложения жидкости. В предлагаемой конструкции в момент гашения можно достичь напряжения на дуге до десятков киловольт, т. е. не менее, чем на порядок больше, чем в известной.

Время коммутации может быть оценено как отношение радиуса дуги к скорости движения жидкости. Характерный размер диаметра дуги 1 см. Применяя в качестве толкающей среды сжатый воздух при давлении в несколько десятков атмосфер, можно получить скорость движения жидкости100 м/с Б этом случае время коммутации равно 100 МКС. Учет эффекта увеличения скорости

при сходящемся движении жидкости в радиальном направлении может уменьшить эту оценку еще в несколько раз. Например,