Сильноточный коммутационный аппарат с магнитоуправляемым жидкометаллическим контактным узлом Советский патент 1982 года по МПК H01H29/18 H01H33/18 

(5) СИЛЬНОТОЧНЫЙ КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ

С МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫМ ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ КОНТАКТНЫМ УЗЛОМ

1

Изобретение относится к электротехнике и может бытьиспользовано для коммутирования сильноточных электрических цепей постоянного тока.

Известны коммутационные аппараты состоящие из двух твердометаллических электродов в виде коаксиальных цилиндров, причем один из электродов изготавливается из ферромагнитного, а другой из неферромагнитного материала. Между цилиндрическими электродами устанавливается изоляционная цилиндрическая перегородка. Торцы электродов, обращенные к поверхности жидкого металла, снабжены изоляционными дугостойкими насадками так, что плоскость их сопряжения расположена от поверхности жидкого металла дальше, чем торец изоляционной перегородки. Вокруг наружного электрода, по обе стороны от поверхности жидкого металла, расположены катушки магнитного дутья, включенные

встречно. Катушки экранированы ферромагнитным кожухом. При включении пространство между электродами и изоляционной перегородкой заполняется жидким металлом из сильфона, который помещен в стакан fl.

Наличие сильфона связано с использованием пневматических, гидравлических или иных внешних систем для

JO включения и выключения аппарата,что усложняет его эксплуатацию, а также ограничивает в целом область применения. Кроме того, механическая деформация снльфона при каждом включеJ5 НИИ и отключении аппарата приводит к накоплению усталостных напряжений в материале его оболочки, что ограничивает износостойкость и надежность аппарата в эксплуатации.

20 Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сильноточный коммутационный аппарат с магнитоуправляемым жидкометалличес КИМ контактным узлом, содержащий 3Э герметизированный резервуар в виде коакс иальных цилиндрических сооб|Даю(цихся сосудов из изоляционного Дугостойкого материала, твердометаллические контакты, электромагнит постоянного тока соленоидного тила с якорем, плавающим в жидком металле, диафрагму, образующую вместе с внутренними стенками герметизированного резервуара карманы, расположенные в зоне установки твердометаллических контактов, заполненные жидким металjtoM 2. Недостатком такого коммутационного аппарата является его низкая от ключающая способность. Целью изобретения является увеличение отключающей способности, повышение надежности и срока службы. Поставленная.цель достигается тем что коммутационный аппарат снабжен двумя дугогасительными камерами, диафрагма выполнена с отверстиями,а дугогасительные камеры соединены меж ду собой указанными отверстиями в диафрагме. Целью изобретения является также повышение надежности и исключения ложных срабатываний при вибрации и ударах. Эта цель достигается тем, что коммутационный аппарат может быть снабжен постоянным магнитом, размещенным в верхней торцовой части коммутационного аппарата над плавающим якорем. На фиг. 1 показан предлагаемый , коммутационный аппарат, общий вид, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (в левой части выключен 1ое, а в правой включенное положение подвижных дета лей и частей аппарата). Предлагаемый аппарат состоит из двух твердометаллических контактных стержней (контактов) 1, герметично установленных в диаметральном направлении в стенках цилиндрического корпуса 2, который выполнен иЗ изоля ционного дугостойкого материала.Внут ри корпуса 2 установлена гильза 3 выполненная из дугостойкого изоляционного материала, представляющая собой трубку, заканчивающуюся в верхней части глухой торцовой шайбой. Гильза 3 устанавливается по диаметру торцовой шайбы в заточку корпуса 2, образуя внутренний коаксиальный объем в виде сообщающихся сосудов. Торец гильзы 3 крепится к корпусу 2 винтами i, зажимающими уплотняющую прокладку 5, которая обеспечивает герметичность внутреннего объема аппарата. Внутренний объем аппарата заполняется определенным количеством жидкого металла 6, в котором может плавать якорь 7, находящийся внутри гильзы 3. Якорь 7 выполнен из стальной {или ферромагнитной) трубки, внутри которой запрессован сердечник из немагнитного материала с малым удельным весом для облегчения якоря (возможно выполнение якоря в виде полого герметичного цилиндра с заполнением его внутреннего объема газом). Зазор между наружной поверхностью якоря и внутренней поверхностью гильзы соответствует скользящей посадке и допускает свободное перемещение якоря вдоль гильзы аналогично поршню. При 3toM, ввиду малости зазора (менее 0,5 мм) и несмачиваемости материалов и якоря жидким металлом, силы поверхностного натяжения последнего намного превышают вес вытесненного якорем жидкого металла, чем обеспечивается плотность и невозможность подъема жидкого металла в зазоре по высоте якоря. В торцовой части гильзы 3 установлен постоянный магнит b и закреплен снаружи стальной шайбой 9. Магнит 8 при выключенном аппарате удерживает якорь 7 в притянутом верхнем положении. В верхней части корпуса 2, в зоне контактов 1, установлена диаграмма 10, выполненная из изоляционного дугостойкого материала. Диафрагма образует полузамкнутые объемы - карманы около каждого неподвижного контакта, разделяет своими вертикальными ребрами пространство между контактами на две изолированные части по высоте, вплоть до жидкого металла, а также своей горизонтальной частью разделяет рабочий объем около каждого контакта на две камеры, которые связываются между собой через одно или несколько отверстий, выполненных в стенке диафрагмы. Фиксированное положение диафрагмы вдоль вертикальной оси обеспечивается по высоте ребра, упираемого в Торец гильзы 3- Снаружи корпуса 2 располагается электромагнит постоянного тока, имеющий цилиндрический составной магнитопровод 11 из стали, внутри которого находится катушка 12, подключаемая к источнику питания Магнитопровод 11 крепится к корпусу 2 с помощью винтов , заворачиваемых в резьбовые отверстия, которые выпол нены в теле магнитопровода. Материалы, из которых выполнены детали 1,2, и 10, не смачиваются жидким металлом 6. Аппарат работает следующим образом. Во включенном положении (на фиг.2 в правой части) катушка 12 электромагнита подключена к напряжению сети постоянного тока и протекающий по не ток срабатывания имеет величину,кото рая достаточна для того, чтобы тяговое усилие электромагнита преодолено притяжение постоянного магнита 8, удерживающее якорь 7 в крайнем верхнем положении. При этом, якорь 7 перемещается по гильзе 3 вниз до упора в дно корпуса 2 и удерживается в это крайнем нижнем положении до тех пор, пока не изменится соответствующим об разом величина тока в катушке 12 электромагнита. Жидкий металл 6, который при движении якоря 7 вниз вытесняется из гильзы 3, перемещается в кольцевой сосуд, Образованный межд наружной стенкой гильзы 3 и внутренней стенкой корпуса 2. В результате этого уровень жидкого металла 6 поднимается выше диафрагмы 10 и перелишается в карманы около контактов,сое диняясь с находящимся в них жидким металлом и замыкая тем самым по .жидкому металлу контактную цепь аппарата. В процессе включения аппарата воздух (или инертный газ), находящийся в объеме под и над диафра) мой 10, перемещается поднимающимся жидким металлом 6 внутрь гильзы 3 че рез отверстие в ее цилиндрической стенке, выполненное в верхней части гильзы у торцовой шайбы, поэтому дав ление во внутреннем объеме аппарата не меняется. В выключенном положении (на фиг. 2 в левой части) в цепь питания катушки 12 электромагнита последовательно включается дополнитель ное сопротивление, которое уменьшает ток катушки до величины отпускания якоря 7, так, что тяговое усилие электромагнита .становится меньше выталкивающего усилия, действующего на якорь 7 со стороны жидкого метал ла 6, в который он погружен. В результате якорь 7 всплывает и притягивается до упора в дно гильзы 3 постоянным магнитом 8, при этом уровень жидкого металла 6 в кольцево сообщающемся сосуде понижается и жидкий металл протекает через отверстия в стенке диафрагмы 10 в виде вертикальных струй. Когда уровень перемещаемого жидкого металла 6 опустится ниже уровня жидкого металла в карманах у неподвижных контактов 1, то между поверхностями этих жидких металлов возникает электрическая дуга, которая вслед за понижающимся уровнем жидкого металла 6 принудительно удлиняется вдоль наружной стенки кармана диафрагмы 10 и затягивается в узкую щель между диафрагмой 10 и гильзой 3. Далее, когда весь жидкий металл 6 перетечет через диафрагму 10 дуга принудительно последует за ним через одно из отверстий в стенке диафрагмы в нижний объем дугогасительной камеры, сохраняя при этом вертикальное направление тока. В нижнем объеме дугогасительной камеры (под диафрагмой 10) существует радиально направленное магнитное поле соленоидного электромагнита, возбуждаемое током отпускания в катушке. Взаимодействие этого поля с током дуги при перпендикулярных направлениях магнитной индукции и электрического тока, обеспечиваемых в конструкции, обуславливает максимальное электродинамическое усилие, которое растягивает и разрывает как струю жидкого металла, так и следующую за ним дугу вдоль окружности, внутри узкой кольцевой щели, образованной между внутренней стенкой корпуса 2 и наружной стенкой гильзы 3Принудительно задаваемые при помощи диафрагмы 10 условия формообра:3ования и направления электрической дуги, вынужденное растягивание ее в узких щелях верхней и нижней камер,с холодными изоляционными стенками, динамическое действие магнитного дутья, дробящего и разрывающего ствол дуги, способствуют ее быстрому и эффективному гашению.. При этом работа дугогасительного устройства аппарата не зависит от изменения полярности (направления) тока в цепи контактов или катушки электромагнита, так как в результате этого меняется только направление магнитного дутья. Та- КИМ образом, благодаря значительному растягиванию дуги в узких изоляционных щелях между стенками двух79 3

объемной дугогасительной камеры и действию магнитного дутья на сформированную в вертикальном осевом направлении струю жидкого металла и дугу обеспечивается существенное повышение эффективности дугогасительной системы аппарата, надежное гашение сильноточной дуги и уменьшение времени ее горения.

Для повышения вибро- и ударостойкости коммутационного аппарата якорь соленоидного электромагнита (при выключенном аппарате) удерживается в крайнем верхнем положении постоянным магнитом.

Формула изобретения

1. Сильноточный коммутационный аппарат с магнитоуправляемым жидкометалпическим контактным узлом, содержащий герметизированный резервуар в виде коаксиальных цидиндрических сообщающихся сосудов из изоляционного дугостойкого материала, твердометаллические контакты электромагнит постоянного тока соленоидного-типа с

I .8

якорем, плавающим в жидком металле, диафрагму, образующую вместе с внутренними стенками, герметизированного резервуара карманы, расположенные в зоне установки твердометаллических контактов, заполненные жидким металлом , отличающийся тем, что, с целью увеличения отключающей способности, повышения надежности и срокаслужбы, он,, снабжен двумя дугогасительными камерами, диафрагма выполнена с отверстиями, а дугогасительные камеры соединены между собой указанными отверстиями.

2. Коммутационный аппарат по п. 1,отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и исключения ложных -срабатываний при вибрации и ударах, он снабжен постоянным магнитом, размещенным в верхней торцовой части коммутационного аппарата над плавающим якорем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 . Дикторское свидетельство СССР № 527757, кл. Н 01 Н 29/28, 197.

2. Авторское свидетельство СССР W 22П05, кл. Н 01 Н 29/18, 1966.

ItiKfl veHt

tf mHtHO