КОММУТАТОР МНОГОКРАТНОГО ДЕЙСТВИЯ Советский патент 1994 года по МПК H01H33/68 

Изобретение относится к сильноточной электротехнике и предназначено для коммутации тока в сильноточных и высоковольтных цепях, например в импульсных источниках питания с индуктивными накопителями энергии.

Известен размыкатель многократного действия [1], содержащий заполненный жидким диэлектриком корпус, помещенную в жидкий диэлектрик контактную систему, пневмоклапан с индукционно-динамическим приводом и заполненный сжатым газом объем. Недостатком размыкателя является относительно невысокое быстродействие. Это связано с тем, что используемый в качестве привода размыкателя сжатый газ вынужден в данной конструкции при размыкании контактной системы перемещать значительную массу жидкого диэлектрика, что снижает быстродействие устройства.

Известен коммутатор многократного действия [2], содержащий контактную систему, помещенную в заполненный жидким диэлектриком объем, и электродинамический привод, индуктор которого выполнен в виде цилиндрической катушки, соосной с контактной системой и упругим металлическим поршнем в виде тонкостенного цилиндра, размещенного на ребристой подложке. Недостатком известного устройства является относительно небольшое время, в течение которого коммутатор сохраняет высокую электрическую прочность, что связано с импульсным характером воздействия индукционно-динамического привода на жидкий диэлектрик.

Целью изобретения является обеспечение высокой электрической прочности коммутатора в течение длительного времени при высоком быстродействии устройства.

Поставленная цель достигается тем, что известный коммутатор многократного действия, содержащий контактную систему и электродинамический привод, индуктор которого выполнен в виде цилиндрической катушки, соосной с контактной системой и упругим металлическим поршнем в виде тонкостенного цилиндра, гофрированного по образующей и расположенного на ребристой подложке, снабжен быстродействующим пневмоклапаном, размещенным во внутреннем объеме контактной системы, и одним или несколькими дополнительными объемами со сжатым газом, которые сообщаются с полостью, образованной между упругим металлическим поршнем и ребристой подложкой, причем дополнительные объемы имеют кольцевую форму, размещаются с внешней стороны корпуса аппарата и сообщаются с полостью с помощью группы отверстий, выполненных в корпусе аппарата.

Известно техническое решение [1], содержащее быстродействующий пневмоклапан и объем со сжатым газом. Однако в известном устройстве объем со сжатым газом сообщается с внутренним объемом размыкателя с помощью соосного с контактной системой отверстия в корпусе размыкателя, а быстродействующий пневмоклапан расположен над этим отверстием. В данном устройстве быстродействующий пневмоклапан размещен во внутреннем объеме контактной системы, а дополнительные объемы со сжатым газом сообщаются с полостью, образованной между упругим металлическим поршнем и ребристой подложкой, причем дополнительные объемы со сжатым газом имеют кольцевую форму, размещаются с внешней стороны цилиндрической части корпуса аппарата и сообщаются с полостью с помощью группы отверстий, выполненных в цилиндрической части корпуса аппарата, т.е. данное техническое решение обладает существенными отличиями.

Положительный эффект в данном устройстве достигается за счет определенного расположения быстродействующего пневмоклапана и дополнительных объемов со сжатым газом относительно основных элементов коммутатора, что позволяет при срабатывании пневмоклапана обеспечить в жидком диэлектрике постоянное избыточное гидростатическое давление, которое удерживает контактную систему коммутатора в разомкнутом состоянии, многократно увеличивая по сравнению с прототипом время, в течение которого коммутатор сохраняет высокую электрическую прочность после размыкания контактов.

На чертеже схематично представлен коммутатор.

Контактная система коммутатора состоит из набора подвижных контактов 1 мембранного типа, чередующихся с неподвижными контактами 2. Подвижные 1 и неподвижные 2 контакты изолированы друг от друга. Контактная система помещается во внутренний объем коммутатора, который заполнен жидким диэлектриком 3. Корпус коммутатора состоит из изоляционного цилиндра 4 и изоляционных фланцев 5 и 6. Электродинамический привод коммутатора состоит из индуктора 7, который выполнен в виде цилиндрической катушки, и упругого металлического поршня 8, выполненного в виде тонкостенного цилиндра, гофрированного по образующей. Упругий металлический поршень 8 размещен на ребристой подложке 9, которая может быть выполнена в виде скобок, равномерно расположенных на внутренней поверхности индуктора 7. Вол внутреннем объеме контактной системы размещен быстродействующий пневмоклапан 10 с индукционно-динамически приводом. Индуктор привода выполнен в виде плоской многовитковой катушки 11, запрессованной в изолятор 12, который снабжен центральным сквозным отверстием. С внешней стороны изоляционного цилиндра 4 размещены дополнительные объемы 13, имеющие кольцевую форму. Дополнительные объемы 13 сообщаются с полостью, образованной в зазоре между индуктором 7 и металлическим поршнем 8, с помощью группы отверстий, выполненных в изоляционном цилиндре 4.

Устройство работает следующим образом. Одновременно в контактную систему коммутатора и в дополнительные объемы 13 подается сжатый газ, причем давление сжатого газа, подаваемого во внутренний объем контактной системы, превышает давление сжатого газа, подаваемого в дополнительные объемы 13. Избыточное давление сжатого газа во внутреннем объеме контактной системы упруго деформирует подвижные контакты 1 мембранного типа и контактная система замыкается. Коммутатор готов к работе. В заданный момент времени на индукторы 7 и 11 индукционно-динамических приводов подаются импульсы тока, например, путем разряда конденсаторной батареи. Магнитное поле индуктора 7 сжимает цилиндрический поршень 8, который создает импульсное давление в жидком диэлектрике 3. Жидкий диэлектрик 3 схлопывает подвижные контакты 1 мембранного типа, гасит возникающую при размыкании контактов дугу и, заполняя зазоры между контактами, обеспечивает необходимую электрическую прочность коммутатора. Одновременно магнитное поле индуктора 11 отбрасывает пневмоклапан 10 и сжатый газ из внутреннего объема контактной системы сбрасывается в атмосферу. Давление сжатого газа во внутреннем объеме контактной системы становится меньше давления сжатого газа в дополнительных объемах 13. Сжатый газ из дополнительных объемов 13, проникая через группу отверстий в изоляционном цилиндре 4, воздействует на упругий металлический поршень 8 и создает тем самым постоянное избыточное давление в жидком диэлектрике 3, которое удерживает подвижные мембранные контакты 1 в разомкнутом состоянии, обеспечивая требуемую электрическую прочность устройства в течение длительного времени.

По сравнению с прототипом - коммутатором многократного действия [2], который в связи с тем, что в нем использован привод импульсного действия, обеспечивает после размыкания электрическую прочность в течение относительно небольшого времени (порядка 10^-3 с), данное устройство обеспечивает после размыкания высокую электрическую прочность в течение длительного (практически неограниченного) времени. Это позволяет использовать предлагаемое устройство в системах коммутации тока индуктивных накопителей энергии для мощных электрофизических установок с широким диапазоном времени вывода энергии из накопителя в нагрузку.

Использование: в сильноточных и высоковольтных электрических цепях в импульсных источниках питания с индуктивными накопителями. Сущность изобретения: коммутатор содержит контактную систему, состоящую из набора подвижных контактов 1 мембранного типа, чередующихся с неподвижными контактами 2. Контактная система помещена во внутренний объем коммутатора, заполненный жидким диэлектриком 3. Корпус коммутатора состоит из изоляционного цилиндра 4 и изоляционных фланцев 5 и 6. Электродинамический привод коммутатора состоит из индуктора 7 и упругого металлического поршня 8, размещенного на ребристой подложке 9. Во внутреннем объеме контактной системы размещен быстродействующий пневмоклапан 10 с индукционно-динамическим приводом, индуктор которого выполнен в виде плоской многовитковой катушки 11, запрессованной в изолятор 12. С внешней стороны изоляционного цилиндра 4 размещены дополнительные объемы 13, имеющие кольцевую форму. Дополнительные объемы 13 сообщаются с полостью, образованной в зазоре между индуктором 7 и металлическим поршнем 8, с помощью группы отверстий, выполненных в изоляционном цилиндре. 1 ил.

КОММУТАТОР МНОГОКРАТНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащий контактную систему, помещенную в заполненный жидким диэлектриком объем, и электродинамический привод, индуктор которого выполнен в виде цилиндрической катушки, соосной с контактной системой и упругим металлическим поршнем, в виде тонкостенного цилиндра, гофрированного по образующей и расположенного на ребристой подложке, отличающийся тем, что, с целью обеспечения высокой электрической прочности, коммутатор снабжен быстродействующим пневмоклапаном, размещенным во внутреннем объеме контактной системы, и по крайней мере одним дополнительным объемом со сжатым газом, которые сообщаются с полостью, образованной между упругим металлическим поршнем и ребристой подложкой, причем дополнительные объемы имеют кольцевую форму, размещены с внешней стороной корпуса аппарата и сообщены с полостью с помощью группы отверстий, выполненных в корпусе аппарата.