ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧ.ЛТЕЛЬ Советский патент 1971 года по МПК H01H33/662 

Из1вестны вакуумные выключатели, содержащие вакуумированную секционированную дугогасительную камеру с развитой внешней иовер.хностью, внутри которой расположены металлические экраны, укрепленные на металлических лрокладка.х, вакуумноилотно соединяющи.х секции корпуса камеры, неподвижный и |Подвил ные контакты, образующие несколько, например три, последовательно располол енных дутогасящих лромежут-ка. К-ОНтакты перемещаются под действием пружинящих элементов, каждый из которых выполнен, например, в виде двух концентрично расположенных сильфонов с герметично закрытой .полостью между ними, заполненной изолирующим веществом. Указанные выключатели имеют электрическую прочность, достаточную для работы в электрических сетях с номинальным напряжением 10-20 кв. Для коммутации тока в цепях с более высоки.м напряжением, например ПО кв, необходимо соединять до пяти вакуумных выключателей -последовательно, что усложняет конструкцию привода и снижает надежность работы в цело.м. В предложенном выключателе с целью повышения электрической прочности указанные подвижные контакты и экраны установлены таким образг м, что длина дугогасящих промежутков в разомкнутом состоянии коита.чтов и расстояния между экранами последовательно увеличиваются, начиная от неподвижното контакта. Каждый нечетный экран электрически соед,инен с контактом, расположенным внутри этого экрана, и защищает .пружинящий элемент, а каждый четный экрйн полностью изолирован и о.хватывает ближайший дугогасящий промежуток. герметичпая полость между сильфонами заполнена, например, нейтральным газом, находящимся -под давлением. Для иовышения срока службы внутренняя поверхность каждой секции изоляционного корпуса может быть выполнена разветвленной с изолированными карманами, которые защищают места соединения секций с металлическими прокладками от напыления прп горении дуги на контактах. На чертеже изображена конструкция предлагаемого вакуумного выключателя. В Нредлагаемой конструкции имеются несколько дугогасящнх промежутков, например три, /, // и ///. Количество разрывов оцределяется -величиной на пряжения, ири .котором будет работать выключатель. Для увеличения электрической прочностп -необход мо равномерно распределить на-пряжение между дугогасящпмп промежутками. Для этого -каждый из контактов электрически сосдиняется с соответствующим ближайшим изолированным металлическим экраном. На чертеже видно, что такими экранами являются нечетные экраны. Каждый из четных экранов охватывает дугогасящий нромежуток. В разомкнутом состоянии вакуумный выключатель представляет соединенную последовательно ценочку конденсаторов, обкладками которых являются экраны и контакты. Каждый из экранов и контактов, кроме того, обладает определенной емкостью но отношению к земле, которая уменьшается -по мере удаления от земли. Так как емкости между экранами и контактами ло величине соизмеримы с соответствуюш,ими емкостями по отношению к земле и параллельны им, то носледние существенно уменьшают суммарные емкости (ПО мере удаления от земли. Как известно, наПряжение по цепочке конденсаторов распределяется обратно лропорционально емкостям, поэтому в вакуумном выключателе на самый удаленный от земли промежуток между контактами и экранами приходится наибольшее напряжение. Чтобы равномерно распределить напряжение, необходимо увеличить емкость верхних промежутков. Это достигается за счет уменьшения расстояния как между соответствуюнигми экранами, так и контактами. Чтобы заставить перемещаться .внутренние нодвижиые контакты, которые не имеют выхода наружу, их скрепляют с пружинящими элементами. Такой элемент выполняется или из пружины, материал которой сохраняет свои упругие свойства при высоких температурах, или собнрается из двух сильфонов, один из которых вставлен внутрь другого. Кромки сильфонов герметично соединены между собой, например, аргонодуговой сваркой. Предварительно, перед заваркой последнего щва, пространство между сильфонами заполняется нейтральным газом под давлением. Такой сильфонпый узел, помешенный в вакуум, приобретает способность расширяться иод действием газа, заключенного между сильфонами. Сжатие всех пружинных элементов до соприкосновения всех контактных 1пар происходит под воздействием привода и атмосферного давления на внешний подвижный контакт. При горении дуги контакты вакуумного выключателя разрушаются с образованием металлического нара, который разлетается во все стороны из дугового промежутка н оседает на более холодных новерхностях, в том числе на внутренних стенках корпуса, проникая в пространство между металлическимИ экранами. Слой металла, осевший на поверхность изолятора, имеет наибольшую толщину в середине, напротив пространства экранами. К торцам изолятора этот слой ут01ньи1ается вплоть до моноатомного и представляет собой сочетание отдельных острий. Естественно, что именно эти острия явоверхности при подаче на выключатель высокого напряжения. Чтобы уменьшить напряженность электрического поля в этом месте, в конструкции изолятора предусмотрены снециальные изоляционные карманы, внутрь которых направлены края напыленного слоя. Вакуумный выключатель содержит непо Д|вижный контакт I и Tpii подвижиых, два из которых 2 и 3 целиком находятся внутри вакуумированного пространства, а третий (4} имеет выход наружу через сильфон 5. Внутренние подвижные контакты 2 и 3 благодаря тому, что они соединены с пружиняшими элементами, могут совершать возвратно-ноступательное перемещение. Пружинный элемент состоит из двух сильфонов 6 и 7, вставленных один в другой. Между собой сильфоны герметично соединены. 11еред сваркой пространство между сильфонами заполняется газом, например нейтральным. Пружинящий элемент может быть просто из материала, не теряющего своих упругих свойств iipH температуре до 800-ЮОО С. Внутри сильфонов 6 расположены направляющие 8, которые центрируют внутреиние подвижные контакты 2 и J. Паружный подвпл ный контакт 4 центрируется с .помощью прокладки 9, выполненной нз органического материала, обладающего низким коэффициентом трения по отношению к металлам, например фторопласта. Прокладка 9 вставлена в цилиндр 10, сваренный с крепежным фланцем 11, и закрыта крышкой 12. Крепежный фланец // с помощью переходного кольца 13 скреплен с цилиндром 14, который с одной стороны герметически сварен с сильфоном 5, а с другой - с нижним фланцем 15, оканчивающимся металлической прокладкой, вакуумноилотно соединенной с секцией керамического корпуса 16 и кольцом 17, служащим KOjMnencaTopOM нанряжепий, возникающих в керамическом корпусе при изменениях температуры кольца. РЧОЛЬЦО может быть выполнепо как из керамики, так и из металла, обладающего аналогичными коэффициентами термического расширения, например молибдена. Такую же роль играет и кольцо 18, укрепленное на противоположном торце -выключателя. Металлический 15 снаружи корпуса оканчивается кольцевым закруглением 19, имеюишм вид торазакрывающего места спая керамики с металлом. Аналогичные прокладки с закруглениями применены для вакуумноплотного соединения всех остальных изоляционных секций корпуса между собой. Прокладка в торцевой части корпуса выполнена заодно с плоским фланцем 20, вакуумноплотно спая} пым с неподвнжным контактом /. С фланцем 20 прочно скреплен металлический экран 21, который, следовательно, Илмеет одинаковый потенциал с неподвижиым контактом /. Металлический экран 22 охватывает дугогасящий промежуот напыления и участвует в делении напряжения. Экран 22 имеет свободный потенпиал каК лри замкнутых, так и лри разомкнутых контактах.

Металлический экран 23 выполнен более прочным, так как на нем укреплена направляющая 8, которая центрирует при движении контакт 2. Внутри экрана 23 расположен пружинящий элемент, приводяи;ий в движение При размыкании контакт 2. Таким образом экран 23 имеет одинаковый потенциал с внутренним «подвижным контактом 2. Экран 23 защиидает сильфон пружинящего элемента от расплавленных капель металла, образующихся ири горении дуги в дугогасящих промежутках / и //, защищает внутренние стенки корпуса от металлизации иара.ми контактов и способствует более равномерному распределению напряжения при разомкнутых контактах как вдоль корпуса, так и вдоль контактной системы.

Дугогасящий Про.межуток // охватывается металлическим экраном 24, который выполняет те же функции, что и экран 22. Внутри прочного металлического экраиа 25 расноложен второй пружинящий элемент, приводящий S движение при размыкании контакт 3, и направляющая 5, которая центрирует подвижный контакт 3. Экран 25 имеет одинаковый потенциал с подвижным контактом .3 и выполняет те же функции, что и экран 23. Изолированный металлический экран 26 охватывает дугогасящий промежуток /// и играет такую же роль, как и экраны 22 и 24. Металлический экран 27 укреплен на нижнем торцевом флашце 15.

Экраны 22-26 выполнены заодно с металлическими -прокладками 28, вакуумноплотно соединяющими между собой одинаковые секции изоляционного корпуса. Экраны 21 и 27 укреплены на торцевых металлических фланцах 20 п 15.

Таким образом, все нечетные экраны 21, 23, 25 и 27 имеют один и тот же электрический Потенциал, когда .контакты замкнуты, и обладают электрическим потенциалом, одинаковым с соответствующим контактом, когда контакты разомкнуты. Эти экраны участвуют в делении напряжения при разомкнутых контактах не только ио секциям вдоль изоляционного корпуса, но и по дугогасящим разрывам Д // и /// вдоль токоведущего стержня.

Все четные экраны 22, 24 п 26 охватывают ближайщие к ним дугогасящие промежутки, соответственно /, // и ///, предохраняют стенки корпуса от металлизации парами металла контактов и участвуют в делении напряжения по секциям вдоль изолядионного корпуса. Все четные экраны имеют свободный потенциал, определяемый соотнощением емкостей.

Как известно, напряжение по цепочке последовательно соединенных конденсаторов делится обратно пропорционально емкости каждого конденсатооа. Казалось бы, что для

равномерного распределения напряжения в предлагаемом .вакуумпом выключателе необходимо добиваться одинаковых емкостей между всеми экранами и разрывами, т. е. расположить экрапы па одинаковом расстоянии друг от друга п от контактов, дугогасящие промежутки тоже сделать одинаковыми. Но каждый из экранов обладает емкостью по отпощению а земле, которая уменьщается

по мере удаления экрана от земли. Так как эти емкости на землю параллельны емкостям между экранами, то суммарные емкости уменьшаются по мере удаления экранов от земли при вертикальном расположении вакуумного выключателя. Благодаря этому на верхний разрыв приходится паибольщее напряжение. Необходимо, чтобы внутренние емкости между контактами и экранами увеличивались по мере удален1 я от земли. Для

выполнения этого условия расстояния экранами 29, 30, 31, 32 и 33 и дугогасящие промежутки Д // и /// в разомкнутом состоянии должны увеличиваться по мере приближения к заземлениому контакту. Для ограничения хода внутренних подвижных контактов контакты 2 и 3 выполнены соответственно с буртиками 34 и 35. Чтобы увеличить пробивное напряжение по наружной поверхности корпуса вакуумного выключателя.

каждая из секций выполняется с несколькими наруж 1ыми ребрами 55.

Как известно, нри горении дуги на контактах образуется металлический пар, который разлетается из дугогасящего промежутка и

конденсируется, в основном, па внутренней

поверхности экранов 22, 24 п 25. Некоторая часть паров в результате многократного отражения попадает на внутреннюю поверхность стенок изоляционного корпуса и осаждается в виде кольцевого слоя в середине секции корпуса. Толщина слоя убывает к краям секции, образуя острия ио направлению к местам соединения изолятора с металлом. Это снижает электрическую нрочность

вакуумного выключателя и уменьщает срок службы. Для избавления от этого недостатка предлагается каждую секцию изоляционного корпуса 16 выполнять с ответвлениями 37 и 38, из которых начинается от противоположных каждой из секций. Ответвления 37 и 38 наиравлепы к середине секций и образуют с их внутренней иоверхностью изоляционные карманы 39 п 40. Ответвлепия 57 и 38 не должны выходить за

пределы соответствующих экранов, тогда они не будут металлизироваться. В этом случае острые края слоя напыленного металла будут обращены внутрь изоляционных карманов 39 и 40 и от металлических прокладок 28 между секциями 16 будут отделяться поверхностью ответвлений 57 и 5S.

Предмет изобретения

снтельыую гкамеру с развитой внешней поверхностью, внутри которой расположены металлические экраны, укрепленные на металлических 11)окладках, вакуумноплотио соединяющих секцн- кор.нуса Камеры, неподвижный и подвижные контакты, образующие несколько, нап 111мер три, последовательно расноложенных дугогасящнх нромежутка, причем онтакты перемещаются лод действием нружинящих элементов, каждый на которых выполнен, наиример, в виде двух концентрично расположенных сильфоиов с герметично закрытой полостью между ними, заполненной нзолирующим веществом, отличающийся тем, что, с целью повышения электрической прочности, лОДвижные контакты и экраны устаиовлепы таким образом, что длина дугогасящих Промежутков в разомкнутом состоянии контактов и расстояния между экранами последовательно увеличиваются, начиная от неподвижного контакта, каждый нечетный экран электрически соединен с контактом, расположенным внутри этого экрана, и защищает пружинящий элемент, а каждый четный экран нолиостью изолирован и охватывает ближайший дугогасящий промежуток, причем герметичная нолость между сильфопами заполнена, напрнмер, нейтральным газом,

находящимся нод давлением.

2. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что, с .целью повышения срока службы, виутренняя иоверхность каждой секции изоляционного корпуса выполнена развегвлениой с изолированными карманами, которые защищают места соединения указанных секций с металлическими прокладками от напыления металла нри горении дуги на контактах.