Вакуумная дугогасительная камера Советский патент 1982 года по МПК H01H33/664 

1

Изобретение относится к электро технике, в частности к вакуумным дугогасительным камерам, и может быть использовано в вакуумных высоковольтных выключателях.

Известны вакуумные дугогасительные камеры, в которых управление положением электрической дуги производится путем применения особой конструкции контактов, а также посредством маг-, ю нитного поля, пропорционального отключаемому току 1 J.

Однако для уменьшения времени восстановления электрической прочности контактных промежутков требуется is применение хорошо обезгаженных элект родов из тугоплавких материалов.

В вакуумной дугогасительной камере в первый момент расхождения контактов между ними образуется мостик 20 из расплавленного металла, который за очень короткое время нагревается проходящим током до температуры кипения и испаряется, образуя вокруг

контактов облако паров металла. С электрода, который в данный момент является катодом, выделяются электроны и струи пара, а также выбрасываются капли расплавленного металла. При прохождении тока через нуль дуга гаснет. Если скорость нарастания электрической прочности промежутка между контактами происходит медленнее восстановления на нем напряжения, происходит ее возобновление вследствие пробоя облака металлических паров. Пробой промежутка при испытаниях происходит даже через (0-60). Причиной возникновения дуги является медленное протекание процессов деионизации в промежутке. Диффузия электронов и положительных ионов из межконтактного промежутка происходит под влиянием градиента их концентрации и может иметь амбиполярную форму. В этом установившемся режиме восполнение убыли электронов и ионов происходит путем столкновений наиболее быстрых электронов с нейтральными частицами и ионизации последних. Кроме того, имеет место выделение электронов из катода за счет.бомбардировки его положительными ионами. В результате создаются условия самостоятельности разряда. Известно,что в сильных электрических полях ионы и электроны способны приобрести энергию, достаточную для их удаления из разрядного промежутка.

Наиболее близкой к предлагаемой является камера, в которой протеканию процессов в контактном промежутке

способствует потенциал металлического is щим экраном. .собирающего экрана. В данном устройстве центральный металлический собирающий экран, окружающий подвижный и неподвижный контакты, электрически соединен с ними через резисторы определенной величины (резистивные пок рытия, нанесенные на наружные и внут ренние стенки полости), тем самым поддерживается постоянный потенциал экрана относительно контактов, что позволяет использовать силы взаимодействия электрического поля и элект рических зарядов для управления процессами , протекающими в разрядном промежутке таким образом, чтобы электрическая дуга не перебрасывалась на экран Г Т Однако после погасания дуги потенциал контакта камеры, соединенного с источником питания, всегда боль ше потенциала экрана и значительно больше потенциала контакта камеры, соединенного с нагрузкой. В связи с этим напряженность электрического поля между контактам и дугогасительиой камеры всегда больше напряженности электрического поля между контактами и экраном, поэтому силы электрического поля, действующие на заряженные частицы, тормозят их выход из межконтактного промежутка и способствуют их ускорению между контактами камеры. Это приводит к замед ленному возрастанию электрической прочности межконтактного промежутка, а ускорение электронов и ионов между контактами за счет сил электрического поля способствует ударной ионизации и восполнению потерь заряженных частиц, чем создаются условия самостоятельности разряда между контакта мидугогасительной камеры. Целью изобретения является повыше .ние скорости восстановления электрической прочности межконтактных промежутков вакуумных дугогасительных камер.

Поставленная цель достигается тем,

что вакуумная дугогасительная камера, содержащая центральный металлический собирающий экран, окружающий подвижный и неподвижный контакты и электрически соединенный с ними через

резисторы определенной величины, снабжена дополнительными управляемыми вентилями с источником постоянного высокого напряжения, соединенными с центральным металлическим собираюВ качестве источника постоянного высокого напряжения может быть использован выпрямитель, который подключен к контакту камеры со стороны источника питания. Предпочтительной является отрицательная полярность напряжения, так как при этом пробивное напряжение значительно выше, чем при полоЖительной полярности, что позволяет поддержать максимально возможную напряженность электрического поля между экраном и контактами .после погасания дуги. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит металлический собирающий экран 1, закрепленный в центре цилиндрического изоляционного корпуса 2 и соединенный с подвижным 3 и неподвижным 4 контактами через резисторы 5 и 6 и управляемые вентили 7 и 8 (тиристоры, пролетные пентоды, тиратроны и т.д.). В предлагаемом устройстве также осуществляется связь экрана 1.с контактом камеры, который подключен к источнику питания через управляемый вентиль 9, диод 10 и резистор 11. Диод 10, резистор 11 и конденсатор 12 образуют схему однополупериодного выпрямителя. Вакуумная дугогасительная камера работает следующим образом. При размыкании контактов 3 и 4 появляется кратковременная дуга.Когда дугогасительные контакты замкнуты непосредственно или через дугу на управляющие электроды управляемых вентилей 7 и 8, через диоды 13 и подаются сигналы управления от вторичных обмоток трансформаторов тока 15 и 16. Управляемый вентиль 8 проводит отрицательный полупериод напряжения, a вентиль 7 положительный, Таким образом на экране в период горения дуги поддерживается потенциал относительно контактов, при этом силы взаимодействия электрического поля и заряженных частиц электрической дуги препятствуют переброске дуги на экран. При прохождении тока через нуль дуга гаснет, сигналы на управляющие электроды вентилей 7 и 8 не подаются и они закрываются. Для защиты управляемых вентилей от сквозных токов короткого замыкания служат защитные устройства 17 и 18, Конденсатор 12 заряжен через резис-, тор 11 и диод 10 до напряжения, практически равного амплитуде напряжения источника питания. При погасании дуги на управляющий электрод вентиля 9 подается импульс тока от блока управления 19. в который входят диоды 20 и 21, резисторы 22 и 23- Блок управления представляет типовую схему совпадения, в которой импульс тока на управляющий электрод вентиля 9 подается только при одновременном исчезновении тока и напряжения на контакте камеры, соединенного с нагрузкой. При открытии вентиля 9 на экран подается высокое постоянное напряжение, от конденсатора 12, Напряженность электрического поля между контактами и экраном камеры резко возрастает и направлена к экрану. Силы неоднородного электрического поля воздействуют с заряженными частицами таким образом,что они удаляются из межконтактного промежутка, а это способствует ускорению деионизации промежутка и увеличению скорости восстановления его электрической прочности. Сопротивление ре97 зисторов в этой схеме , прямое сопротивление диодов и управляемых вентилей 100-200 Ом, а обратное (1-5) -10 Ом. Время открытия управляемых вентилей (3-5)-Ю с. Использование новых элементов управляемых вентилей выгодно отличает предлагаемую вакуумную дугогасительную камеру от известной, так как после погасания дуги на заряженные частицы в межконтактном промежутке воздействуют силы неоднородного электрического поля, напряженность которого в момент погасания дуги резко возрастает и направлена к экрану. В результате увеличивается скорость восстановления электрической прочности межконтактного промежутка. Формула изобретения Вакуумная дугогасительная камера, содержащая центральный металлический собирающий экран, окружающий подвижный и неподвижный контакты и электрически соединенный с ними через резисторы определенной величины, о тличающаяся тем, что, с целью повышения скорости восстановления электрической прочности, она снабжена дополнительными управляемыми вентилями с источником постоянного высокого напряжения, соединенными с центральным металлическим ссбмрающим экраном. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Афанасьев В.В. Конструкции выключающих аппаратов. Энергия, 1969, с. 386-387. 2.Патент США № 002867, . кл. Н 01 Н 33/66, 1977.