Вакуумный выключатель Советский патент 1980 года по МПК H01H33/66 

(54) ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к импульсной электроэнергетике, а именно к высоковольтным вакуумным выключателям.

Известны вакуумные выключатели, широко используемые для коммутации высоковольтных цепей постоянного и переменного тока, содержащих например линии передачи, трансформаторы, емкостные и индуктивные элементы и пр. (1).

Широкое применение вакуумных выключателей обусловлено свойствами вакуума как хорошей изолирующей среды, быстро восстанавливающей электрическую прочность, а также их большим ресурсом и надежностью, малым весом и габаритами при высоком значении коммутируемой мощности.

Наиболее близким является вакуумный выключатель, содержащий вакуумную дугогасительную камеру, внутри которой размещены подвижный и неподвижный контакты, рабочие части которых выполнены в внде коаксиально расположенных конусных металлических поверхностей, а снаружи помещена катушка индуктивности 2.

Недостатком такого вакуумного выключателя является наличие достаточного рентгеновского излучения в процессе замыкания

вакуумным выключателем высоковольтных цепей. Это связано с тем, что в результате сближения контактов, находящихся под высоким напряжением, по достижении определенного расстояния между контактами происходит автоэлектронная эмиссия с одного из контактов (катода), вызывающая как разогрев поверхности другого контакта (анода), облегчающий отрыв микрочастиц, попадание которых на катод инициирует вакуумный пробой промежутка, так и десорбцию газа из анода, его ионизацию, бомбардировку катода образовавшимися ионами, также приводящую к пробою. Автоэлектронная эмиссия в вакуумном промежутке между металлическими контактами сопровождается сильным рентгеновским излуче5 нием, которое является опасным для здоровья обслуживающего персонала. При коммутации вакуумным выключателем высоковольтной цепи с напряжением до 100. кВ мощность дозы рентгеновского излучения на

20 расстоянии 1 м от выключателя достигает нескольких десятков р/ч и возрастает по мере износа контактов. При использовании тугоплавких насадок на контактах, как и в известном устройстве, имеет место более жесткое рентгеновское излучение, обладающее более высокой проникающей способностью. Цель изобретения - повышение безопасности работы с выключателем путем уменьшения уровня рентгеновского излучения, сопровождающего его работу. Для этого на торцовой пластине металлического корпуса, соединенного с неподвижным контактом вакуумного выключателя, изнутри помещен коллектор для приема электронного пучка, состоящий из диэлектрика с малым содержанием атомов тяжелых элементов, например, полиэтилена или парафина, причем рабочий объем вакуумной камеры отделен от коллектора металлической фольгой. На чертеже изображено предлагаемое устройство. Вакуумная дугогасительная камера 1 содержит металлический корпус 2, закрытый с торцов металлическими пластинами 3 и 4. Торцовая пластина 3 имеет отверстие о изолятором 5 и металлической направляющей 6, к которой присоединен вакуумный сильфон 7, соединенный с подвижным контактом 8. Неподвижный контакт 9 соединен с корпу;ом 2. Контакты 8 и 9 форму тел вращения и образуют расширяющийся коаксиал. Край 10 внещнего и торец 11 внутреннего контактов снабжены наплавками из тугоплавких материалов. Снаружи корпуса размещены витки катушки 12 индуктивности. На торцовой пластине 4 изнутри укреплен токоприемный коллектор 13, состоящий из нескольких слоев диэлектрика: полиэтилена и парафина. Корпус 2 выполнен разборным, причем в торце его нижней части закреплена тонкая металлическая фольга 14, закрывающая вакуумный объем камеры I. Нижняя часть - пластина 4 корпуса камеры скрепляется с верхней частью корпуса болтами по окружности фланцев. Отсек с коллектором также выполнен откачным. Работа выключателя при замыкании контактов происходит следующим образом. В исходном положении контакты 8 и 9 разведены и к ним приложено высокое напряжение с того участка электрической цепи, который необходимо замкнуть. Неподвижный контакт 9 находится под положительным потенциалом относительно подвижного контакта 8. В катущке 12 индуктивности протекает постоянный ток, создающий аксиальное-магнитное поле внутри вакуумной камеры. При срабатывании привода подвижного контакта (на рисунке не показан) подвижный контакт 8 начинает сближаться с неподвижным контактом 9. При достижений определенного расстояния между контактами напряженность электрического поля в межконтактном промежутке достигает величины, достаточной для начала автоэмкссии электронов с подвижного контакта 8, играющего рсхль катода. Образовавшийся электронный пучок фокусируется магнитным полем катушки 12 индуктивности, которое препятствует его попаданию на неподвижный электрод 9. Пучок электронов, ускоренный в межконтактном зазоре, минуя неподвижный контакт 9, попадает в пространство дрейфа, следуя вдоль силовых линий магнитного поля, сквозь отверстие в контакте 9 достигает тонкой металлической фольги 14, проходит сквозь нее и попадает в коллектор 13 (траектория электронов показана на рисунке-пунктиром). Толщина фольги 14 выбирается такой, чтобы она не препятствовала выходу электронного пучка из вакуумной камеры, но предотвращала бы натекание газа в вакуумный объем из отсека с коллектором 13. При попадании электронного пучка в коллектор, выполненный из диэлектрика, например, полиэтилена и парафина, торможение электронов имеет механизм, отличающийся от того, что происходит при попадании электронов.в металл, особенно содержащий атомы тяжелых металлов. В веществе, содержащем элементы с малым атомным номером, например, водород, углерод и др., происходит постепенное торможение ускоренных электронов и их рассеивание. Толщина диэлектрика выбирается такой, чтобы быстрые электроны проходили через диэлектрик, теряя значительную часть своей энергии, и достигали металлического корпуса. В этом случае диэлектрик мало заряжается электронным пучком, и этот заряд не оказывает заметного тормозящего влияния на электронный пучок при его пролете к коллектору. Замедлившиеся при прохождении через диэлектрик электрокы, достигшие металлического корпуса, тормозятся в нем, вызывая генерацию мягкого рентгеновского излучения. Все это приводит к уменьшению жесткого рентгеновского излучения, проникающая способность которого меньше, и оно в достаточной степени поглощается корпусом вь1ключателя, снижая тем самым радиационную опасность при работе с ним. Процесс выключения тока предлагаемым вакуумным выключателем ничем не отличается от известного процесса. Формула изобретения Вакуумный выключатель, содержащий вакуумную дугогасительную камеру, внутри которой размещены подвижный и неподвижный контакты, рабочие части которых выполнены в виде коаксиально расположенных конусных поверхностей с отверстием в центре неподвижного контакта, а снаружи помещена катушка индуктивности, причём неподвижный контакт соединен с корпусом, выполненным в виде металлического цилиндра, закрытого с торцов металлическими пласгинами с отверстием в одной нз них лла