Контактная система вакуумной дугогасительной камеры

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к вакуумным дугогасительньм камерам (ВДК) с контактной системой аксиального магнитного поля. Цель изобретения - повышение коммутационной способности ВДК, механической прочности контактной системы, надежности и срока службы ВДК. Исходным положением повышения коммутационной способности данного изобретения является энергети- . ческий принцип минимума коммутационной дуги, реализуемый пропусканием по витку индуктора аксиального магнитного поля контактной системы чаг.- ти полного отключаемого тока такой величины, при которой возбуждаемое магнитное поле поддерживает дугу в диффузной форме при минимальном падении напряжения. Остальная чпсть полного тока проходит по оси системы через металлическую вставку 2, расположенную между индуктором 7 и контактным стержнем 4. Определенное отношение указанных частей, полного тока конструктивно реализуется соответствующим подбором отношения электрических сопротивлений индуктора Р, и металлической вставки Р.р при заданном числе плеч индуктора. Повьшению отключающей способности ВДК способствует также уменьшение неоднородности распределения аксиального магнитного поля полной компенсацией сторонних магнитных полей, возбуждаемых радиальными токами в плечах индуктора с помощью дополнительно введенных обратных радиальных плеч в плоскости витка индуктора. Повьшгение же механической прочности контактной системы и срока службы ВДК достигается введением замкнутого кожуха (t,3), предотвращающего деформацию контактной пластины при ударах и защищающего элементы системы от сильноточной дуги. 4 ил. с € (Л со 4 О1 ГС п

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„, 1345271 А1

151) 4 Н 01 Н 33/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4103129/24-07 (27) 18.08.86 (46) 15.10.87. Бюл. № 38 (71) Всесоюзный электротехнический институт им. В.И.Ленина (72) А.Е.Куликов, Е.А.Шохин, К.Г.Мнацаканян и М.Е.Данилов (53) 621.316,524(088.8) (56) Патент США ¹ 4260864, кл. Н 01 Н 33/бб, 7.04.81.

Патент США № 3935406, кл. Н 01 Н 9/30, 27.01.76,(прототип). (54) КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ВАКУУМНОЙ

ДУГОГАСИТЕЛЬНОЙ КАМЕРЫ (57) Изобретение относится к электро технике, в частности к вакуумным дугогасительным камерам (ВДК) с контактной системой аксиального магнитного поля. Цель изобретения — повышение коммутационной способности

ВДК, механической прочности контактной системы, надежности и срока службы ВДК. Исходным положением повышения коммутационной способности данного изобретения является энергети- . ческий принцип минимума коммутационной дуги, реализуемый пропусканием по витку индуктора аксиального магнитного поля контактной системы части полного отключаемого тока такой величины, при которой возбуждаемое магнитное поле поддерживает дугу в диффузной форме при минимальномпадении напряжения. Остальная часть полного тока проходит по оси системы через металлическую вставку 2, расположенную между индуктором 7 и контактным стержнем 4. Определенное отношение указанных частей. полного тока конструктивно реализуется соответствующим подбором отношения электрических сопротивлений индуктора P

И и металлической вставки Р при заданном числе плеч индуктора. Повышению отключающей способности ВДК способствует также уменьшение неоднород<0 ности распределения аксиального магнитного поля полной компенсацией сторонних магнитных полей, возбуждаемых радиальными токами в плечах индуктора с помощью дополнительно введенных обратных радиальных плеч в плоскости витка индуктора. Повышение же механической прочности контактной системы и срока службы ВДК достигается введением замкнутого кожуха (1,3), предотвращающего деформацию контактной пластины при ударах и защищающего элементы системы от сильноточной дуги. 4 ил.

1345271

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вакуумным коммутационным аппаратам, а именно к вакуумным дугогасительным камерам (ВДК).

Цель изобретения — улучшение коммутационной способности ВДК, повышение механической прочности контактной системы, надежности и срока службы ВДК, На фиг. представлен осевой разрез вдоль радиальной щели плеча индуктора предлагаемой контактной системы (одноплечий вариант);на фиг.2— одноплечий индуктор, на фиг. 3 — осевой разрез контактной системы вдоль радиальных щелей плеч индуктора (двуплечий вариант), на фиг. 4 — двуплечий индуктор.

Конактная система состоит из пяти деталей: контактной пластины (верхняя часть кожуха) 1, индуктора аксиального магнитного полн, металлическои вставки (токораспределительного элемента) 2, нижней части кожуха 3 и контактного стержня 4. Контактная пластина 1 выполнена из дугост эйкого материала с высокой удельной электропроводностью, близкой к электропроводности меди, например, и имеет цилиндрическую форму. Поверхность пластины" 1 в ос.новном плоская, кроме центральной части — выступа 5, выполненного в форме усеченного конуса, диаметр верхнего, контактирующего основания которого соответствует диаметру цилиндрического центрального выступающего элемента 6 индуктора, плоская поверхность на периферии переходит гладко на боковую цилиндрическую поверхность контактной пластины 1 с помощью закругления.

Индуктор аксиального магнитного поля представляет собой цельный элемент, выполненный из металла с высокой электронроводностью, например из бескислородной меди или меди электроннолучевой плавки, состоящий иэ центрального круглого участка, радиального плеча (или плеч) и кольцевого витка 7, имеющего один или два разрыва. Центральный участок состоит из двух параллельно расположенных друг над другом и пространственно разделенных щелью А частей 8 и 9, одна из которых (верхняя часть)

8 представляет сплошное цилиндрическое тело с выступом и углублением на его основаниях, а другая часть 9 выполнена в форме кольца и насажена на торцовую часть 10 контактного стержня 4 и припаяна к нему внутрен5 ней поверхностью. Верхняя часть 8 центрального участка соединяется с контактной пластиной с помощью пайки выступа 6 к ее обратной поверхности, 10 Каждое из радиальных плеч индуктора состоит из двух параллельно расположенных в плоскости витка 7 и пространственно разделенных щелью Б частей 11-и 12, отходящих соответствен15 но от верхней 8 и нижней 9 частей центрального участка и оканчивающихся на двух свободных концах кольцеаого витка 7 в месте его разрыва, при этом части плеча 11 и 12 перехо20 дят к частям 8 и 9 посредством прямоугольных ступенек; вырезанных в частях 1i и 12 и направленных противоположно друг другу. Токораспределительный элемент 2, выполненный в

25 форме диска из, например, манганина, константана и других подобных метал" лов, расположен на оси системы между верхней частью 8 центрального участка индуктора и контактным стержнем 4 и

ЗО присоединен к ним основаниями диска

2 с помощью пайки. Индуктор и вставка 2 заключены в замкнутый кожух, выполненный в форме полого цилиндра, одно из оснований которого представЗ„ ляет контактную пластину 1. Осталь5 ная — нижняя часть 3 кожуха, выполненная из материала с высоким удель- ным электрическим сопротивлением, например, из нержавеющей стали, на4 сажена на торцовую часть 10 контактного стержня 4 через отверстие в основании цилиндра и с помощью сварки или пайки закреплена со стержнем 4.

Части кожуха соединены между собой

45 также с помощью сварки или пайки, выполненных вдоль окружности цилиндра.

Принцип работы контактной системы заключается в следующем.

В замкнутом положении контактов полный ток проходит через центральный выступ 5 контактной пластины 1 на верхнюю цилиндрическую часть 8 центрального участка индуктора. Далее ток делится на две (фиг. 2) или три (фиг. 4) части (в зависимости от числа плеч индуктора). При этом одна часть тока проходит по оси системы через вставку 2 на контактный

1345271

1 т где R

R„ и

К

= о „

55 ме, вследствие параллельности и стержень 4, а другая часть проходит через составляющую плеча 11 по коль— цевому витку 7, возбуждая,аксиальное магнитное поле, и по составляющей

12 возвращается к центральному участку индуктора на его нижнюю кольцевую часть 9 и проходит на контактный стержень 4, суммируясь здесь с осевой частью тока. Отличие контактных систем с двумя и более плечами индуктора состоит лишь в том, что полный ток, за вычетом осевой части, делится на элементе 8 на равные части, соответственно числу плеч индуктора, каждая иэ которых проходит до контактного стержня 4 указанный путь.

Соотношение токов, протекающих по оси системы и витку индуктора, определяется величиной электрического ,сопротивления вставки (токораспределителя) 2, исходя из условия, чтобы величина аксиального магнитного поля, возбуждаемого протекающим по витку 7 током, соответствовала такому энергетическому состоянию дуги, возникающей при размыкании контактов, при котором падение напряжения на дуге принимает минимальное значение.

При таком распределении токов условие минимума напряжения выполняется всегда, независимо от числа плеч индуктора, так как по витку 7 будет течь один и тот же ток. Кроме того, в отличие от контактной системы, где полный ток делится дискретно на целое число частей, что не дает возможности получить точного значения минимума падения напряжения на дуге, в предлагаемом способе распределения токов с помощью подбора соответствующего сопротивления. вставки (токораспределителя) 2, в силу непрерывности электрического сопротивления, как физической величины, можно обеспечить указанный минимум с необходимой точностью.

Сопротивление вставки 2 определяется из уравнения следующего вида

Ид = n/(К вЂ” n), К > n сопротивление вставки, сопротивление индуктора; — число плеч индуктора; отношение полного отключаемого тока к току, протекающему по витку 7 индуктора, при котором падение напряжения на дуге минимально.

На основе анализа опытных данных в широком диапазоне изменения отключаемого тока установлено, что значения К лежат в области (3,5 — 4,5).

Отсюда, в частности, следует, что для поддержания дуги в диффузной форме и уверенного ее отключения число плеч индуктора любой контактной системы не должно превышать пяти, или, что равнозначно, величина тока, текущего по витку индуктора, не должна быть меньше пятой части полного отключаемого тока.

При размыкании контактов между противоположными контактными пластинами 1 образуется электрическая дуга, которая в течение всего времени отключения цепи благодаря возбуждению в межконтактном промежутке существенно аксиального магнитного поля и наличию минимума напряжения на дуге будет поддерживаться в диффузной форме. В начальный момент размыкания, благодаря наличию центрального выступа 5, дуга будет возникать на этой ограниченной площади контактной пластины 1, что дает возможность, при отключении больших токов. свыше 40 кА контролировать место инициирования дуги, исключив тем самым оплавление остальной поверхности контактной пластины концентрированной короткой дугой, возникающей при размыкании в амплитуде тока а также уменьшить время перехода концентрированной формы дуги в диффузную, чему способствует наличие под центральным выступом 5 высокопроводящего элемента 8, возникновение вихревых токов в котором приводит к некоторому уменьшению магнитной индукции аксиального поля в области выступа 5, способствующему быстрому рассасыванию плазмы в области с более высоким значением магнитной индукции. Наличие в данной контактной системе прямолинейного осевого токового канала и выступа 5 позволяег при замкнутом положении контактов избавиться от паразитных криволинейных токовых каналов, увеличивающих электрическое сопротивление системы, тем самым, в частности, уменьшить омический нагрев контактной пластины при протекании номинального тока.

В предлагаемой контактной систе5 1345271

Я противоположной направленности тока в составляющих 11 и 12 радиального плеча индуктора, расположенных в одной плоскости, параллельной контактной пластине 1 и равноудаленных от нее, результирующее магнитное поле этих токов в межконтактном промежутке, за исключением малой осевой зоны, практически будет равно нулю и поэтому не внесет искажений в распределении основного аксиального маг. нитного поля, однородность и симметричность которого является одним из условий поддержания дуги в диффузной форме и, в конечном счете, успешного ее гашения вакуумной камерой.

Металлический кожух 1 и 3, в который заключены индуктор и вставка 2 при коммутационных операциях с/без тока, выполняет следующие основные функции: повышает механическую прочность системы, так как при ударных нагрузках (операция замыкания) полное усилие на контактную пластину распределяется как па оси системы,, так и по цилиндрическому стакану 3, а также исключается возможность деформации контактной пластины ат косых ударов при нарушении сооснасти контактов, а также защищает конструктивные элементы системы, находящиеся под контактной пластиной, от повреждения дугой при перемещении катодных и анодных пятен на боковую поверхность контактов, имеющего место при форсированных режимах отключения, сопровождаемых образованием аноднаго пятна и локальным увеличением плотности тока на поверхности контактов.

Кроме указанных функций, обеспечивающих повышение механической прочности системы и увеличение срока службы и надежности ВДК, металлический кожух может способствовать также повышению электрической прочности промежутков контакт — контакт и контакт — экран в силу того, что поверхность кожуха выполнена всюду гладкой и непрерывной и поэтому исключены резкие изменения ее кривизны, вызывающее местные повышения напряженности электрического поля, Преимуществом предлагаемой контактной системы па сравнению с из-. вестной являются: поддержание энергии дуги на возможно минимальном уровне в процессе отключения цепи для произвольно выбранного контактного материала, упрощение конструкции и технологии изготовления, а также повышение механической прочности контактной системы и увеличение срока службы ВДК. формула изобретения

Контактная система вакуумной дугогасительной камеры (ВДК), содержащая пару контактных пластин, пару индукторов аксиального магнитного

-поля с .радиальными плечами, пару металлических вставок, пару контактных стержней, по крайней мере один из которых является подвижным, о т л и— чающая с я тем, что, с целью улучшения коммутационной способности

ВДК, повышения механической проч— ности контактной системы, надежности и срока службы ВДК, металлическая вставка расположена на аси системы между индуктором и контактным стерж?5 нем, электрическое сопротивление R т которой определяет я уравнением

R г/R„n/(k и) у k 7 пу

Зо где R < — сопротивление индуктора; и — число плеч индуктора; — число, значение которого лежит в пределах 3,5 k c 4,5, при этом каждый индуктор выполнен как цельный элемент, состоящий из центрального участка, па крайней мере одного радиального плеча и кольцевого витка, имеющего по крайней

4О мере один разрыв, а центральный участок индуктора выполнен из двух параллельно расположенных друг над другом пространственно разделенных частей, одна из которых, выполненная

45 в форме сплошного цилиндра, с высту .пом и углублением на его основаниях, присоединена к контактной пластине и металлической вставке, другая часть выполненная в форме кольца, насажена на торцовую часть контактного стержня, причем каждое радиальное плеча выполнено из двух параллельно расположенных в плоскости витка индуктара и пространственно разделенных щелью частей, отходящих от разных частей центральнога участка и оканчивающихся на двух свободных кон. цах кольцевого витка, индуктор и металлическая вставка заключены в до

7 1345271 8 полнительно введенный замкнутый ко- ким сопротивлением, насажена на тожух, состоящий из двух частей, одна рец контактного стержня через отиз которых представлена собственно верстке на дне стакана и приконтактной пластиной, а другая часть,, креплена к нему, причем указан"

5 выполненная в форме стакана из мате- ные части кожуха соединены межриала с высоким удельным электричес- ду собой.

1345? 71

Составитель В.Попова

Техред Л.Сердюкова Корректор А.Обручар

Редактор И.Сегляник

Заказ 4927/51 Тираж 696 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4