Контактное устройство вакуумной дугогасительной камеры Советский патент 1980 года по МПК H01H33/664 

(54) КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ВАКУУМНОЙ ДУГОГАСИТЕЛЬНОЯ

1

Изобретение относится к мощной коммутационной технике, в конкретнее к вакуумным дугогасительным камерам (ВДК).

Во время горения дуги отключения 5 в ВДК участки электродов в местах соприкосновения с плазмой дуги нагреваются и, если к моменту перехода тока через нуль какой-либо участок электрода окажется нагретым свыше 10 определенной температуры, произойдет отказ в гашении дуги.

Температура электродов в момент перехода тока через нуль тем больше, чем больше ток дуги, напряжение на . 5 дуге, время горения дуги, и снижается при увеличении площади электродов, занятых дугой.

Поскольку ток дуги и время ее горения заданы внешними условиями, то 20 снизить нагрев можно лишь уменьшив напряжение на дуге и увеличив площадь ее воздействия на электроды.

Поскольку вначале своего возникновения дуга имеет очень небольшое 25 сечение, то необходимо заставить ее расшириться за время горения, т. е. при отключении тока промышленной частоты, за время 5-10 мс. Практически же необходимо, чтобы расши- 30

КАМЕРЫ

рение произсмило за время на порядок меньшее, приблизительно за 1 мс, для того, чтобы успели остыть участки контактов, на которых дуга возникла.

Единственным известным сейчас способом управления дугой в ВДК гв-.ляется воздействие на нее магнитньм полем. Необходимую конфигурацию и напряженность магнитного поля получают, применяя токоподводы определенной . формы. Известно большое количество различных модификаций таких дугогасящих систем.

Эти дугогасящие системы образуют в области горения дуги магнитное поле, перпендикулярное направлению тока в дуге, что заставляет дугу быстро расширяться и занимать большую поверхность электродов, благодаря чему увеличивается отключающая способность. Недостатком таких дугогасящих систем является большое падение напряжения на дуге и .интенсивный износ контактных и дугогасящих поверхностей.

Известна дугогасящая система, в которой значительно уменьшена напряженность магнитного поля, перпендикулярная направлению тока в дуге, однако это сделано за счет эначительйого увеличения диаметра дугогасящей системы.

Наиболее близким техническим решением является дугогасжцая система с уменьшенной напряженностью поперечного магнитного поля в области, занятой дугой.

Одна из модификаций дугогасящей системьа прототипа представляет собой подвижный и неподвижный токоподводящие стержни с дисковыми наконечниками на каждом из них. На дисковых наконечниках укреплены стержни, направленные вдоль оси камеры. Контактирование подвижного и неподвижного контактов осуществляется между поверхностью дискового наконечника и торцовой поверхностью стержней. При отключениитока дуга вначале возникает между торцами стержней и дисковыми наконечниками, а затем перемещается на поверхность стержней,паралдельных оси камеры, и там гаснет.

Контактная и дугогасящая системы Кс1меры в указанном патенте обладают рядом недостатком, а именно:

из-за искривления путей тока в данной контактной системе возможно существование значительных составляющих поперечного магнитного поля, что приводит к увеличению напряжения: на дуге и повышенному износу контактов; контактные и дугогасящие части изготовлены из одного материала, что приводит к затруднениям при работе ВДК из-за различных условий работы этих деталей; стержни являются одновременно и токоведущими деталями, поэтому трудно обеспечить их механическую прочность при больших токах, так как они должны изготавливаться из хорошо проводящих материалов, которые, как правило, обладают низкой механической прочностью.

Целью изобретения является увеличение отключающей способности, повышение механической прочности и износстойкости контактной системы вакуумной дугогасительной камеры. Указанна цель достигается тем, что контактная система вакуумной дугогасительной камеры образована стержнями, укрепленными на токоподводах и расположенными вокруг оси камеры, причем часть каждого стержня для усилия тангенциальной составляющей магнитного поля в зазорах между стержнями и ослабления осевой и радиальной составляющих выполнена из ферромагнитного материала с магнитной проницаемостью М jm Ч 500 j«Q , где / магнитная проницаемость вакуума, и вдоль стержней проходит слой из материала с высокой электропроводностью, а обращенные друг к другу поверхности стержней, принадлежащих противоположным токоподводам, имеют накладки, обеспечнагиоцие защиту ферромагнитной части стержней от действия дуги, и основа ния стерлсней могут быть прикреплены к механически прочному держателю, расположенному со стороны токоподвода.

На фиг. 1 изображен общий вид одного из вариантов предлагаемой кон, тактной системы; на фиг. 2 - сечение. А-А на фиг. 1 ; на фиг. 3 изображен общий вид другого варианта контактной системы; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3.

Контактная система содержит неподвижный 1 и подвижный 2 токоподводы, заканчивающиеся контактодержателями 3. На контактодержателях 3 расположены стержни 4 и 5,контактирующие с выступами б и 7, Стержни и выступы заканчиваются наконечниками 8. Стержни 4 и 5 содержат ферромагнитную часть 9, которая может быть расположена как внутри стержней, так и снаружи, и выполняет роль магнитопровода, усиливающего тангенциальную составляющую магнитного поля в промежутках между стержнями. Вдоль оси стержней снаружи ферромагнитных частей 9 или внутри их проходит слой 10 из хорошо

c проводящего материала, например из

меди, соединяющий токоподводы 1 и 2 с контактными наконечниками 8. Боковые поверхности 11 и 12 стержней, обрсоден-. ные друг к другу и подверженные воздействию дуги, могут быть защищены

0 накладками 13 из дугостойкого материала , которые для лучшего теплоотвода находятся в непосредственном контакте с хорошо проводящим слоем

10 C Стержни 4 и 5 и выступы б и 7 мотут крепится как к контактодержателям 3,так и непосредственно к токоподводам 1 и 2,Основания стержней и выступов на контакте одной полярности могут быть соединены между собой держателем 14,воспринимающим механическую нагрузку.

Возможно выполнение контактной системы и без выступов б и 7.

Контактная система работает следующим образом.

В замкнутом положении ток протекает от неподвижного токоподвода 1 через контактодержатель 3 по стержням 5 и, при наличии выступов, по

Q выступам 7 к контактным наконечникам 8 и через них по стержням 4 и выстуnajvi 6 в подвижный токоподвод 2. Малое сопротивление на всем пути прохождения тока обеспечивается благодаря нали- чиш во всех стержнях хорошо проводящего слоя 10.

Вследствие того, что стержней много, после незначительной приработки контактов и достаточном контактном нажатии контактирование осуществляется между парой контактных наконечников 8.

Благодаря этим усовершенствованиям камера такой конструкции может применяться при больших номингшьных

S токах и обладать высокой устойчивостью к сквозным токам короткого замыкания. После перемещения подвижного кон такта в сторону размыкания между ко тактными наконечниками 8 или между контактодержателями 3 и стержнями з жигаются параллельные дуги, причем магнитное поле от токоподводов направлено перпендикулярно к току в дугах. Благодаря этому обстоятельст ву, а также наличию тангенциального магнитного поля в промежутках между стержнями, к тому же усиленного фер ромагнитными частями 9, происходит перемещение дуг на боковые поверхности 11 и 12 стержней 4 и 5,где они горят в продольном магнитном поле В снижающем напряжение горения дуг. Поперечные магнитные поля с составляющими Bf, и В которые возникают вследствие :искривлений пути то ка, ослабляются из-за того, что эти составляющие магнитного поля направ лены вдоль поверхности ферромагнитных частей 9. Поскольку у наиболее распростране ных и недифицитных ферромагнитных матеоиалов величина jw OOjvtg (где д- магнитная проницаемость вакуума эффект усиления тангенциальной компоненты В магнитного поля в зазорах между стержнями, а также ослабления поперечных компонент В и В будет достигаться, если JH будет лежать в пределах jHp J«65UO /to Ферромагнитные части стержней мо гут быть защищены от действия дуги дугостойкими накладками 13, например из сплавов или композиционных материалов на основе меди с железе, хро мом или другими .добавками. Возможно однако, применение данной контактной системы и без дугостойких накладок 13, если материал ферромагнитных частей, кроме необходимых магнитных свойств,обладает еще и нужными дугогасящими свойствами. К таким материалам могут относиться различные марки сталей, композиционные материа лы или сплавы с высоким процентом содержания железа, никеля или кобальта. С применением дугостойких накладок 13 мaтepиaLrIOм ферромагнитных частей могут служить также магнитомягкие ферриты. Поскольку ток по всем стержням течет в одном направлении, электродинамические силы стремятся сжать стержни к центральной оси контактной системы. Цля лучшего противодействия этим силам в конструкцию контактной системы вводится механически прочный держатель 14, к которому крепятся основания стержней и выступов. Таким образом, держатель 14 вместе с ферромагнитными частями 9 образуют жесткий механический каркас контактной системы, хорошо противостоящий сжимающим нагрузкам. Формула изобретения 1.Контактное устройство вакуумной дугогасительной камеры, содержащее укрепленные на токоподводах стержни, расположенные вокруг оси камеры, отличающеееся тем, что, с целью увеличения отключакмцей способности, повышения износостойкости и механической прочности, часть каждого из указанных контактных стержней вьатолнена из ферромагнитного материала с магнитной проницаемостью , где /(.о - магнитная проницаемость вакуума, причем вдоль стержней расположен слой из материала с высокой электропроводностью, 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что обращенные друг к другу поверхности стержней, принадлежащих противоположным токоподводам, снабжены защитными накладками ферромагнитной части стержней от дуги. V 3. Контактное устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено механически прочным держателем, расположеннь со стороны токоподвода, к которому прикреплены основания стержней.