Вакуумная дугогасительная камера Советский патент 1981 года по МПК H01H33/664 

(54) ВАКУУМНАЯ ДУГОГАСИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА Изобретение относится к электротехнике и предназначено для коммутации токов высокого напряжения. Изнестны вакуумные дугогасительные камеры (ВДК), изоляционный корпус которых состоит из нескольких цилиндров одинаковой высоты. Внутри камеры имеется несколько дугогасящих разрывов, соединенных последовательно. Каждый дугогас щий разрыв схватывается тороидальным металлическим экраном 1J. Недостатками указанной камеры являются сложный механизм, необходимый для перемещения подвижных контактов, образующих дугогасящие разрывы, и недостаточно высокая электрическая прочность корпуса камеры. Кроме того в известных ВДК все секции, из которых состоит ее изоляционный корпус, имеют одинаковую высоту, что приводи к возникновению различной напряженности электрического поля на секциях камеры и недостаточно высокой электрической прочности камеры. Наиболее близкой к предлагаемой является камера, изоляционный корпус которой также состоит из нескольких цилиндров одинаковой высоты. Между цилиндреши расположены металлические прокладки, вакуумно-плотно соединенные с ними,На прокладках внутри кор- пуса укреплены металлические экраны, разделяющие внутреннее пространство камеры вдоль ее оси на ряд последовательных промежутков, имеющих близкие по величине электрические емкости. С торцов корпус герметично закрыт фланцами, на которых укреплены торцовые экраны. Изоляционные цилиндры и экраны,расположенные внутри цилиндров, в совокупности образуют секции камеры, число которых зависит от напряжения при котором работает камера 2J . Недостатком этой камеры явлйется Отсутствие учета специфичности распределения напряжения по секциям корпуса камеры, что приводит к недостаточно высокой электрической прочности камеры. Цель изобретения - повышение электрической прочности вакуумной дугогасительной камеры и уменьшение ее габаритов. Указанная цель достигается тем, что в вакуумной дугогасительной камере, содержащей контакты,псяйещенные в вакуумно-плотный корпус из диэлектрик а, закрытый с торцов металлическими фланцами и разделенный на секции металлическими уплотнениями, на каждом из которых укреплены металлические экраны, электрически иэолиро ванные друг от друга и от контактов, высота по крайней мере одной секции изоляционного корпуса, примыкающей к торцу камеры, больше высотыкаждой из остальных секций не менее, чем на 10% и не более чем на 90%. Высота каждой секции изоляционного корпуса по мере удаления от торца камеры последовательно уменьшается на 10-90%. Крайние секции изоляционного корпуса вакуумной дугргасительной камеры равны по высоте друг другу и превы1иают по высоте остальные секции в указанных пределах. Высота секций изоляционного корпуса уменьшается по направлению от торцов к середине камеры в указанных пределах. Указанные пределы установлены экс периментально. Отклонения от этих пределов приводит к возникновению высоких напряженностей электрического поля на одной из секции и возникновению пробоя этой секции. На фиг.1 схематически изображен осевой разрез предлагаемой вакуумной дуго гаситель ной камеры; на фиг. 2-6 варианты исполнения камеры с различным числом секций изоляционного корпуса. Вакуумная дугогасительная камера представляет собой отпаянный гермеТИ-1НЫЙ сосуд, корпус которого состоит из цилиндров, изготовленных из изоляционного материала, например из керамики, С торцов сосуд закрыт металлическими фланцами 1 и 2, выпол ненными из материала с высокой проводимостью. С фланцем 1 спаян контакт 3, с фланцем 2 контакт 4 соеди нен через сильфон 5, благодаря кото рому обеспечивается подвижность кон такта 4 без нарушения герметичности С фланцами 1 и 2 прочно соединены экраны 6 и 7, имеющие чашевидную фо му с отверстиями в днищах, сквозь которые проходят контакты 3 и 4. Ме таллическое уплотнительное кольцо 8 вакуумно-плотно соединяет два изоля ционных цилиндра 9 и 10. Внутри камеры к кольцу 8 прочно присоединен металлический экран, имеющий тороидальную форму и охватывающий межкон тактйый промежуток. подаче напряжения на контакт ;3, который в этом случай будет являться высоковольтным вводом (при этом контакт 4 отодвиМут от контакта Зна несколько миллиметров, например на 3-20 мм), на верхней секц камеры, состоящей из торцового экра на 7, верхней части центрального экрана 11 и изоляционного цилиндра создается высокая напряженность эле трического поля, которая превышает напряженность электрического поля на соседней секции камеры, состоящей из торцового экрана 6, нижней части центрального экрана И и изоляционного цилиндра 10. Чтобы выровнять напряженности электрических полей на обеих секциях, высота цилиндра 9 должна быть больше высоты цилиндра 10 не менее чем на 10% и не более чем на 90%. Если высота цилиндра 9 будет превышать высоту цилиндра 10 менее чем на 10%, на верхней секции будет возникать большая напряженность и электрический пробой возни«кает в нижней секции. При разнице в высотах цилиндров 9 и 10, варьируемой в указанных пределах (от 10 до 90%), напряженность электрического поля на обеих секциях примерно одинаковая, что увеличивает электрическую прочность всей камеры в целом. На фиг.2 изображен осевой разрезкамеры с шестью секциями. У этого варианта камеры пять изолированных экранов 12-16, причем экран 14, являющийся центральным, имеет трубообразную форму и входит своими торцами в дополнительные изолированные экраны 13 и 15. При этом экран 1-5, также имеющий.трубообразную форму, верхним торцом охватывает экран 14, а нижним входит внутрь экрана 16, имеющего чашевидную форму. Поэтому совокупность экранов 15 и 16 не только служит для уменьшения доли напряжения, приходящейся на центральные секции, но и увеличивает пространство, в котором может беспрепятственно распространяться плазма из межконтактного промежутка в процессе горения дуги. Этим совокупность экранов 15 и 16 отличается от совокупности экранов 12 и 13 (тороидального и чашевидного) , которые уменьшают долю напряже-. ния, приходящуюся на центральные сек- ции камеры, и в меньшей степени участвуют в процессе дугогашения.Для работы в цепях с более высоким напряжением целесообразно применять камеры с экранной системой, нижняя половина которой подобна верхней части (фиг.2). Керамический цилиндр 9 крайней секции, прилегающей к торцу камеры и к ее высоковольтному вводу, .превышает по высоте цилиндры остальных секций. Керамический цилиндр 17, принадлежащий секции, следующей за верхней, по высоте на 10-90% меньше чем цилиндр 9, но превышает цилиндры 18-21 остальных секций, расположенных дальше от„ высоковольтного ввода в камеру, т.е. высота каждого из керамических цилиндров уменьшается по мере удаления от верхней секции по сравнению с предыдущим цилиндром в соответствии с уменьшением доли напряжения, приходящейся на этот цилиндр на 10-90%.Указанное уменьшение высот цилиндров 9

и 17-21, соответствующее уменьшение доли напряжения, определенной экспериментально, уравнивает напряженности электрического поля на каждой из секций корпуса камеры.

На фиг.З изображен осевой разрез камеры, состоящей из трех секций. Отличительной особенностью этой камеры являются два изолированных чашевидных экрана 22 и 23, которые в совокупности охватывают межконтактный промежуток Верхняя секция камеры состоит из изоляционного цилиндра 9, изолированного экрана 23 и торцового экрана 7. Нижняя секция из цилиндра 10, торцового экрана 6 и изолированного экрана 22. Размеры керамических цили ндров 10 и 9 одинаковы, и поэтому любой из контактов 3 или 4 может служить высоковольтным вводом. Каждый из цилиндров 9 и 10 через металлические уплотнения вакуумно-плотно соединен с центральным керамическим цилиндром- 24, высота которого меньше высоты любого из цилиндров 9 и 10, так как при подаче напряжения на любой из контактов на среднюю секцию приходится 20-25% общего напряжения. Следовательно, центральный цилиндр 24 должен выдерживать без пробоев более низкое напряжение, чем приходящееся, например на цилиндр 10 в тот момент, когда контакт 4 является высоковольтным вводом. Поэтому высота центрального цилиндра 24 на 20-25% меньше высоты любого из цилиндров 9 и 10. Так как камера симметрична относительно центрального поперечного сечения, она может в -аппаратах располагаться, .под любым углом к горизонту.

На фиг.4 изображен осевой разрез камеры, состоящей из четырех секций. Отличительной особенностью этого варианта камеры являются при изолированных экрана 25-27,которое в совокупности охватывают межконтактный промежуток. При этом, экран 21, являющийся центральным, имеет трубОобраэную форму и входит своими тор-: цами в дополнительные изолированные экраны 25 и 26, имеющие трубообразную форму. Кроме того, верхняя и нижняя половины камеры, каждая из .которых состоит из двух секций, равны друг другу и симметричны относительно поперечного сечения, проходяи1е1РО через середину изоляционного, корпу-. са. Верхняя секция камеры состоит из керамического цилиндра 9,изолированного трубообразного экрана 25 и торцового экрана 7. нижняя секция/ камеры состоит из керамического цилиндра 10, изолированного трубообразного экрана 26 и торцового экрана б. По высоте керамические цилиндры 9 и 10, входящие в состав крайнихсекций камеры, равны друг другу и больше керамических цилиндров

28 и 29, входящих в состав средних секций, на 10-15%, так как на крайние секции приходится большая доля напряжения, приложенного к камере, что установлено опытным путем. Изза того,что камера симметрична относительно центрального поперечного сечения, она может располагаться в аппаратах под любым углом к горизонту. Указанное справедливо и в том случае, если все три изолированных

10 экрана камеры будут иметь и другую форму, например тороидальную, такую же, как изолированный экран 11 На фиг.1.

На фиг.5 изображен осевой разрез

15 камеры, состоящей из пяти секций. Отличительной чертой этого вариантакамеры является четыре изолированньдх экрана 30-33. Два чашевидньах экрана 30 и 31 в совокупности охватывают

0 -межконтактный промежуток, два тороидальных экрана 32 и 33 являются дополнительными изолированными экранами и служат для снижения доли напряжения, приходящегося на средние сек5ции. Экраны средних секций являются наиболее нагруженными в момент восстановления напряжения после погасания дуги, так как экраны именно этих секций воспринимают потоки плазмы и продукты эрозии в процессе го0рения дуги. Цилиндры 9 и 10 крайних секций равны между собой и на 10% превышают по высоте цилиндры 34 и 35, принадлежащие средним секциям, так как на «райние секции приходится

5 наибольшее напряжение.Центральный керамический цилиндр 36 по высоте на 10% меньше цилиндров средних секций, .так как на него приходится наименьшая доля напряжения, приложенного к ка0мере..

На фиг.6 изображен осевой разрез камеры, состоящей из шести секций. Отличительной чертой этого варианта камеры являются трубообразные экраны 37-43, два из которых 37 и 38 явля5ются торцовыми, так как укреплены на торцовых фланцах 1 и 2, они имеют одинаковый потенциал с контактами 3 и 4. Трубообразные экраны 39, 40, 41 и 43 являются изолированными

0 и находятся под свободными потенциалами, так как укреплены на прокла цках 8 между изоляционными (керамически) цилиндрами. 4.0 - между цилиндрами 10 и 44,экран 39 - между ,

5 цилиндрами 9 и 45. Центральный экран 43, охватывающий межконтактный промежуток, закреплен между керамическими цилиндрами 46 и 47. Экраны 3942 являются дополнительными изолиро0ванными экранами и служат для снижения доли напряжения, приходящегося на средние секции. Чтобы предохранить внутренние поверхности керамических цилиндров от металлизации продуктами эроэии контактов,;; концы 48 и 49

5

центрального экрана 43, обращенные к торцам камеры дходят внутрь экрано 41 и 42. В свою очередь, экраны 41 и 42 своими концами 50 и 51 входят внутрь изолированных экранов 39 и 40 которые своими концами 52 и 53 входя внутрь торцовых экранов 37 и 38. Предлагаемый вариант (фиг.6) взаимного расположения внутренних экранов обеспечивает наибольшее пространство для распространения плаэмы дуги, возникающей при отключении тока. Цилиндры 9 и 10 крайних секций равны между собой и, например, на 10% превышают по высоте цилиндры 44 и 45, принадлежащие промежуточным секциям. Цилиндры 44 и 45, в свою очередь, по высоте превышают, например, на 10% цилиндры 46. и 47, принадлежащие средним секциям.

При .необходимости можно взять число секций и больше шести, так как число секций определяется величиной напряжения, при котором будет работать камера.

Камера, выполнена ло любому из вариантов, работает следующим образом.

Чтобы отключить ток,, протекающий по замкнутым контактам 3 и 4, подвижный контакт 4 отодвигается от неподвижного контакта 3 с помощью привода (не показа-н) . Подобное перемещение контакта 4 без нарушения вакуумной плотности камеры возможно из-за наличия сильфона 5, который противоположными торцами герметично соединен с контактом 4 и фланцем 2. При размыкании тока в межконтактном промежутке образуется электрическая «дуга, горящая в парах материала контактов.. Металлические пары создаются вследствие концентрированных потоков тепла, поступающих из опорных пятен дуги Так как контакты камеры помешены в вакууме, указанные пары разлетаются из межконтактного промежутка в окружающее пространство, осаждаясь на поверхности окружакяцих экранов, которые т4м самым предотвращают металлизацию внутренних поверхностей изоляционных цилиндров . Дуга горит до тех пор, пока скорость поступления паров в межконтактный промежуток превышает скорость их эвакуации в окружающее пространство. Этот баланс нарушается при подходе тока к нулевому значению так как при этом уменьшается тепловой поток, поступающий в контакты. В резу;;1ьтате дуга погасает, плазма дуг

уходит из межконтактного промежутка и он с большой скоростью восстанавли вает свою электрическую и он с большой скоростью восстанавливает свою электрическую прочность,вследствие чго происходит отключение тока.

Эффективность, предлагаемого изобретения заключается в том, что электрическая прочность предлагаемой камеры выше электрической прочности известной камеры. Если электрические прочности предлагаемой и известной камер равны, то йысота изоляционного корпуса, а следовательно, и масса предлагаемой камеры меньше этих показателей известной камеры.

Формула изобретения.

1.Вакуумная дугогасительная камера, содержащая контакты, помещенные

в Ьакуумно-плотный корпус из диэлектрика, закрытый с торцов металличес|Кими фланцами и разделенный на металлическими уплотнениями, на каждом из которых укреплены металлические экраны, электрически изолированные друг от друга и от контактов отличающаяся тем, что, с целью повышения ее электрической прочности, высота по меньшей мере одной секции изоляционного корпуса, примыкающей к торцу камеры, больше высоты каждой из остальных секций не менее чем на 10% и не более чем на 90%.

2.Камера по п.1,отличающая с я тем, что высота каждой секции изоляционного корпуса по мере удаления от торца камеры последовательно уменьшается на 1,0-90%.

3.Камера по п.1, отличающаяся тем, что крайние секции ее изоляционного корпуса равны по высоте друг другу и превышают по высоте остальные секции в указанных пределах.

4.Камера поп.З, отличающаяся тем, что высота секций изоляционного корпуса уменьшается

по направлению от торцов к середине камеры в указанных пределах. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 290341, кл. Н 01 Н 33/66, 1971.

2.Авторское свидегельс гво СССР № 213123, кл. Н 01 Н 33/66, 1968.

(руг.;

(рчг.З