Контактная система вакуумной дугогасительной камеры Советский патент 1987 года по МПК H01H33/664 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вакуумным коммутационным аппаратам, а именно к вакуумным дугогасительным камерам (ВДК),

Цель изобретения - улучшение ком- нутационной способности ВДК, повышение механической прочности контактной системы, надежности и срока служ- 10 Каждое из радиальных плеч индуктора

бы ВДК.

На фиг. 1 представлен осевой разрез вдоль радиальной щели плеча индуктора предлагаемой контактной системы (одноплечий вариант);на фиг.2 - одноплечий индукторi на фиг. 3 - осевой разрез контактной системы вдоль радиальных щелей плеч индуктора (двуплечий вариант)5 на фиг. 4 - двуплечий индуктор.

Конактная система состоит из пяти деталей: контактной пластины (верхняя часть кожуха) 1, индуктора аксиального магнитного поля, металлической вставки (токораспределитель- ного элемента) 2, нижней части кожуха 3 и контактного стержня.4- Контактная пластина 1 выполнена из дуго- стЪйкого материала с высокой удельной электропроводностью, близкой к электропроводности меди, например, и имеет цилиндрическую форму. Поверхность пластины 1 в основном плоская, кроме центральной части - выступа 5, выполненного в форме усеченного конуса, диаметр верхнего, контактирующего основания которого соответствует диаметру цилиндрического центрального выступающего элемента 6 индуктора, плоская поверхность на периферии переходит гладко на боковую цилиндрическую поверхность контактной пластины 1 с помощью закругления

Индуктор аксиального магнитного поля представляет собой цельный элемент, выполненный из металла с высокой электропроводностью, например из бескислородной меди или меди электроннолучевой плавки, состоящий из центрального круглого участка, радиального плеча (или плеч) и кольцевого витка 7, имеющего один или два разрыва. Центральный участок состоит из двух параллельно расположенных друг над другом и пространственно разделенных щелью А частей 8 и 9, одна из которых (верхняя часть) 8 представляет сплошное цилиндрическое тело с выступом и углублением на

его основаниях, а другая часть 9 выполнена в форме кольца и насажена на торцовую часть 10 контактного .стержня 4 и припаяна к нему внутренней поверхностью. Верхняя часть 8 центрального участка соединяется с контактной пластиной с помощью пайки выступа 6 к ее обратной поверхности.

состоит из двух параллельно расположенных в плоскости витка 7 и пространственно разделенных щелью Б частей 11 -и 12, отходящих соответственно от верхней Ъ и нижней 9 частей центрального участка и оканчивающихся на двух свободных концах кольцевого витка 7 в месте его разрыва, при этом части плеча 11 и 12 riepexoдят к частям 8 и 9 посредством прямоугольных ступенекJ вырезанных в частях 11 и 12 и направленных противоположно друг другу. Токораспреде- лительный элемент 2, выполненный в

форме диска из, например, манганина, константана и других подобных металлов, расположен на оси системы между верхней частью 8 центрального участка индуктора и контактным стержнем 4 и

присоединен к ним основаниями диска 2 с помощью пайки. Индуктор и вставка 2 заключены в замкнутый кожух, выполненный в форме полого цилиндра, одно из оснований которого представляет контактную пластину 1. Остальная - нижняя часть 3 кожуха, выполненная из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, например, из нержавею1цей стали, насажена на торцовую часть 10 контактного стержня 4 через отверстие в основании цилиндра и с помощью сварки или пайки закреплена со стержнем 4. Части кожуха соединены между собой также с помощью сварки или пайки, выполненных вдоль окружности цилиндра.

Принцип работы контактной системы заключается в следующем.

В замкнутом положении контактов полный ток проходит через центральный выступ 5 контактной пластины 1 на цилиндрическую часть 8 центрального участка индуктора. Далее ток делится на две (фиг. 2) или три (фиг, 4) части (в зависимости от числа плеч индуктора). При этом одна часть тока проходит по оси системы через вставку 2 на контактный

134527

стержень 4, а другая часть проходит

через составляющую плеча 11 по кольцевому витку 7, возбуждая ,аксиальное магнитное поле, и по составляющей 12 возвращается к центральному участку индуктора на его нижнюю кольцевую (часть 9 и проходит на контактный стержень 4, суммируясь здесь с осевой частью тока. Отличие контактных систем с и более плечами индуктора состоит лишь в том, что полньш ток, за вычетом осевой части, делится на элементе 8 на равные части, соответственно числу плеч индуктора, каждая из которых проходит до контактного стержня 4 указанный путь. Соотношение токов, протекающих по оси системы и витку индуктора, определяется величиной электрического .сопротивления вставки (токораспреде- лителя) 2, исходя из условия, чтобы величина аксиального магнитного поля, возбуждаемого протекающим по витку 7 током, соответствовала такому энергетическому состоянию дуги, возникающей при размыкании контактов при котором падение напряжения на дуге принимает минимальное значение. При таком распределении токов уело- вие минимума напряжения выполняется всегда, независимо от числа плеч индуктора, так как по витку 7 будет течь один и тот же ток. Кроме того, в отличие от контактной системы, где полный ток делится дискретно на целое число частей, что не дает возможности получить точного значения минимума падения напряжения на дуге, в предлагаемом способе распределения токов с помощью подбора соответствующего сопротивления, вставки (токо- распределителя) 2, в силу непрерывности электрического сопрбтивления, как физической величины, можно обеспечить указанный минимум с необходимой точностью.

Сопротивление вставки 2 определяется из уравнения следующего вида

. RT/RM п/ (К - п), К 7 п

сопротивление вставкиj сопротивление индуктораj число плеч индуктора;

отношение полного отключаемого тока к току, протекающему по витку 7 индуктора, при котором падение напряжения на дуге минимально.

На основе анализа опытных данных в широком диапазоне изменения отключаемого тока установлено, что значения К лежат в области (3,5 - 4,5). Отсюда, в частност1г, следует, что для поддержания дуги в диффузной форме и уверенного ее отключения число плеч индуктора любой контактной сис0 темы не должно превышать пяти, или, что равнозначно, величина тока, текущего по витку индуктора, не должна быть меньше пятой части полного отключаемого тока.

5 При размыкании контактов между противоположными контактными пластинами 1 образуется электрическая ду- .га, которая в течение всего времени отключения цепи благодаря возбужде0 нию в межконтактном промежутке существенно аксиального магнитного поля и наличию минимума напряжения на дуге будет поддерживаться в диффузной форме. В начальный момент раз5 мыкания, благодаря наличию центрального выступа 5, дуга будет возникать на этой ограниченной площади контактной пластины 1, что дает возможность, при отключении больших токов.

0 свыше 40 кА контролировать место инициирования дуги, исключив тем самым оплавление остальной поверхности контактной пластины концентрированной короткой дугой, возникаю5 щей при размыкании в амплитуде тока а также уменьшить время Перехода концентрированной формы дуги в диффузную, чему способствует наличие под центральным выступом 5 высоко0 проводящего элемента 8, возникновение вихревых токов в котором приводит к некоторому уменьшению магнитной индукции аксиального поля в области выступа 5, способствующему

5 быстрому рассасыванию плазмы в области с более высоким значением магнитной индукции. Наличие в данной контактной системе прямолинейного осевого токового канала и выступа 5

0 позволяет при замкнутом положении контактов избавиться от паразитных криволинейных токовых каналов, увеличивающих электрическое сопротивление системы, тем самым, в частности,

5 уменьшить омический нагрев контактной пластины при протекании номинального тока.

В предлагаемой контактной системе, вследствие параллельности и

противоположной направленности тока в составляющих 11 и 12 радиального плеча индуктора, расположенных в одной плоскости, параллельной контактной пластине 1 и равноудаленных от нее, результирующее магнитное поле этих токов в межконтактном промежутке, за исключением малой осевой зоны, практически будет равно нулю и поэтому не внесет искажений в распределении основного аксиального магнитного поля, однородность и симметричность которого является одним из условий поддержания дуги в диффуз- ной форме и, в конечном счете, успешного ее гашения вакуумной камерой. Металлический кожух 1 и 3, в который заключены индуктор и вставка 2 при коммутационных операциях с/без тока, выполняет следующие основные функции повышает механическую прочность системы, так как при ударных нагрузках (операция замыкания) полное усилие на контактную пластину распределяет- ся как по оси системы,, так и по цилиндрическому стакану 3, а также исключается возможность деформации контактной пластины от косых ударов при

также защищает конструктивные элементы системы, находящиеся под контактной пластиной,от повреждения дугой при перемещении катодных и анодных пятен на боковую поверхность контактов, имеющего место при форсированных режимах отключения, сопровождаемых образованием анодного пятна и локальным увеличением плотности тока на поверхности контактов.

Кроме указанных функций, обеспечивающих повышение механической прочности системы и увеличение срока службы и надежности ВДК, металлический кожух может способствовать также повьшению электрической прочности промежутков контакт - контакт и контакт - экран в силу того, что поверхность кожуха выполнеьса всюду гладкой и непрерывной и поэтому исключены резкие изменения ее кривизны, вызывающее местные повышения напряженности электрического поля.

Преимуществом предлагаемой контактной системы по сравнению с из-, вестной являются: поддержание энергии дуги на возможно минимальном уровне в процессе отключения цепи для произвольно выбранного контактного материала, упрощение конструкции и технологии изготов1 ения, а также повышение механической прочности контактной системы и увеличение срока службы ВДК.

Формула

изобретения

Контактная система вакуумной ду- гогасительной камеры (ВДК), содержащая пару контактных пластин, пару индукторов аксиального магнитного поля с .радиальными плечами, пару металлических вставок, пару контактных стержней, по крайней мере один из которых является подвижным, отличающаяся тем, что, с целью улучшения коммута1щонной способности

ВДК, повышения механической прочности контактной системы, надежности и срока службы ВДК, металлическая вставка расположена на оси системы между индуктором и контактным стержнем, электрическое сопротивление R котЬрой определяется уравнением

n/(k - п), k

RK сопротивление индуктора , п - число плеч индуктора; k - число, значение которого лежит в пределах 3i,5 k i

М,5,

при этом каждьш. индуктор выполнен как цельный элемент, состоящий из центрального участка, по крайней мере одного радиального плеча и кольцевого витка, имеющего по крайней

мере один разрыв, а центральный участок индуктора вьтолнен из двух параллельно расположенных друг над другом пространственно разделенных частей, одна из которых, выполненная

в форме сплошного цилиндра, с высту пом и углублением на его основаниях, присоединена к контактной пластине и металлической вставке, другая часть выполненная в форме кольца, насажена на торцовую часть конта ктного стержня, причем каждое радиальное плечо выполнено из двух параллельно расположенных в плоскости витка индуктора и пространственно разделенных щелью частей, отходящих от разных частей центрального участка и оканчивающихся на двух свободных концах кольцевого витка, индуктор и металлическая вставка заключены в дополнительно введенный замкнутый кожух, состоящий из двух частей, одна из которых представлена собственно контёктной пластиной, а другая часть, выполненная в форме стакана из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, насажена на торец контактного стержня через отверстие на дне стакана и прикреплена к нему, причем указанные части кожуха соединены между собой.

(1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вакуумным ду- гогасительньм камерам (ВДК) с контактной системой аксиального магнитного поля. Цель изобретения - повышение коммутационной способности ВДК, механической прочности контактной системы, надежности и срока службы ВДК. Исходным положением повышения коммутационной способности данного изобретения является энергети- . ческий принцип минимума коммутационной дуги, реализуемый пропусканием по витку индуктора аксиального магнитного поля контактной системы чаг.- ти полного отключаемого тока такой величины, при которой возбуждаемое магнитное поле поддерживает дугу в диффузной форме при минимальном падении напряжения. Остальная чпсть полного тока проходит по оси системы через металлическую вставку 2, расположенную между индуктором 7 и контактным стержнем 4. Определенное отношение указанных частей, полного тока конструктивно реализуется соответствующим подбором отношения электрических сопротивлений индуктора Р, и металлической вставки Р.р при заданном числе плеч индуктора. Повьше- нию отключающей способности ВДК способствует также уменьшение неоднородности распределения аксиального магнитного поля полной компенсацией сторонних магнитных полей, возбуждаемых радиальными токами в плечах индуктора с помощью дополнительно введенных обратных радиальных плеч в плоскости витка индуктора. Повьшгение же механической прочности контактной системы и срока службы ВДК достигается введением замкнутого кожуха (t,3), предотвращающего деформацию контактной пластины при ударах и защищающего элементы системы от сильноточной дуги. 4 ил. с € (Л со 4 О1 ГС п

8 1

/ /

.12

f

фие.З

r)

In

Редактор И.Сегляник

Составитель В.Попова

Техред Л.Сердюкова Корректор А.Обручар

Заказ 4927/51Тираж 696Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,, ул. Проектная, 4

Фи.