Контактная система

 

2I3I25

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВНДЕТЕЛЬСТВУ

Сова Советскна

Социалистические

Респуелин

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 12.l l.1966 (№ 1055540/24-7) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 12. ill.1968. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 23Л .1968

Кл. 21с, 35/09

21с, 40/52

МПК Н 02с

Н 02с

УДК 621.316.542.064.26..066.6 (088,8) Комитет по делам иаооретений и открытий ори Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

Г. В. Левченко, В. С. Иотокин и В. И. Раховский

Всесоюзный электротехнический институт им. В. И. Ленина

Заявитель

КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА

Известны контактные системы для вакуумных выключателей с двумя токоподводами.

Кахкдый из контактов системы снабжен наконечником, укрепленным .на токоподводе и имеющим |форму цилиндра, переходящего в конус, на усеченной вершине которого в его центре укреплена тугоплавкая дисковая насадка из сплавов с малыми добавками легколетучих металлов, обладающих низкой теплопроводностью и плохим химическим сродством к кислороду. Насадка выполнена с цилиндрическим углублением в центре и кольцевой контактной поверхностью, периферийная часть ее разрезана на лепестки. Подобные контактные системы имеют низкую отключающую способность,,повышенный износ контактов.

В предложенной контактной системе, например для вакуумных выключателей со спиральными токоподводами, с целью повышения отключающей способности, лепестки:наконечника одного из контактов являются зеркальным отображением лепестков наконечника противо.положного контакта. Их направления совпадают с направлением вращения спирали токоподвода, на котором укреплен этот наконечник, и:наружный диаметр насадки равен наружному диаметру спирали токоподвода, а внутренний .диаметр углубления (цилиндрического отверстия) равен или больше среднего диаметра спирали.

С целью уменьшения износа контактов и предотвращения их расплавления конусная поверхность указанных лепестков облицована дугостойким тугоплавким материалом, например молибденом. Для поглощения газов, выделяющихся из контактов в процессе горения дуги, периферийная часть лепестков облицована дугостойким, тугоплавким материалом, в который введены добавки (0,1 — 10%) метал10 лов, поглощающих газы при температурах, возникающих в дуге, например металлокерамической композицией на основе молибдена с добавлением ниобия.

С целью, повышения в межконтактном промежутке напряженности магнитного поля, создаваемого спиралями токопроводов, в центре каждого наконечника может быть выполнено сквозное отверстие, а сами наконечники могут иметь одинаковую толщину и в центре, и на

20 периферии.

На фиг. 1 изображена описываемая контактная система в разомкнутом состоянии .с дугой, замыкающей контакты в последовательные моменты времени; на фиг. 2 — один из контактов; на фиг. 3 — нижний контакт, вид по стрелке А на фиг. 1.

На фиг. 4 представлен суммарный радиальный магнитный поток Ф,, возникающий в межконтактном промежутке при горении дуги

30 в результате сложения магнитных потоков

213125

20 спиральных токоподводов. На фиг. 5, а н б—

«рельсовый» ускоритель, получившийся,при расположечии лепестков строго друг над другом (из чертежа видно, что направление движения дути, как проводника с током, не зависит от направления тока в лепестках). На фиг. б изображен верхний контакт, вид снизу; на фиг. 7 — нижний контакт, вид сверху; на фиг. 8 — разрез контактной системы в разомкнутом с0clоянии с дугой, замыкающей контакты в последний момент перед погасанием, Лепестки расположены строго друг над другом. При сравнении фиг. 6, 7 и 8 хорошо видно, что каждый из контактов является зеркальным отображением другого, Контактная система состоит из,двух контактов, каждый из которых содержит конусообразный наконечник 1, либо составляющий одно целое с токоподводом, либо напаянный на него. Токоподвод выполнен в виде спирали 2.

У одного контакта витки спирали имеют правое вращение, у другого — левое.

Б вакуумной дугогасительной камере спирали контактов расположены друг против друга на одной оси и .при горении дуги, благодаря встречному направлению вращения витков, внутри каждой спирали создаются магнитные потоки Ф, и Ф,, направленные навстречу друг другу. После выхода из спирали в пространстве, где горит дуга, аксиальные магнитные потоки меняют направление, становятся радиальными и,складываются, Создается суммарное радиальное направленное магнитное поле Фс.

Взаимодействие радиального магнитного поля спиралей с магнитным полем тока дуги

Ф, схематически,показано на фиг. 4. Радиальное магнитное поле изображено в виде радиально расходящихся векторов Ф„ток дуги направлен за плоскость IcpTiжа в точках б, в, в которых находился столб дуги в последовательные моменты времени, вектор показывает направление движения проводника с током (дуги); наглядно виден путь дуги под воздействием магнитного поля от центра контактного наконечника к его краю. При изменении направления тока в дуге и в спиралях меняют направление и магнитные потоки спиралей, поэтому направление движения дуги не меняется. .Плоская вершина каждого наконечника имеет контактирующую насадку 8, толщиной в несколько миллиметров, .выполненную либо в виде диска с углублением в центре (см. фиг. 2), либо кольца с цилиндрическим отверстием в центре (см. фиг. 8).

Благодаря такой конструкции насадок контакты соприкасаются друг с другом кольцевыми поверхностями, следовательно, место возникновения мостика и дуги при размыкании контактов заранее смещено в,сторону от оси контактной системы. Диаметр углубления диска или диаметр цилиндрического отверстия кольца должен быть равным или большим, чем

cJQ

65 средний диаметр спирали соленоида, так как именно на этом расстоянии от оси контактной ,системы радиальное магнитное поле имеет наибольшую напряженность, и возникающая дуга будет подвергаться наибольшему воздействию.

Контактная насадка может быть изготовлена из вольфрама, молибдена или любого тугоплавкого металла. Чтобы избежагь форсированного обрыва дуги при отключении малых токов, площадка должна быть изготовлена из металлокерамической композиции на основе тугоплавкого металла, например вольфрама, молибдена, с малыми добавками (0,1 — 10 Я, ) металлов, легко испаряющихся при повышенных температурах и обладающих низкой теплопроводностью, например сурьмы, висмута, цинка, олова и т. д.

При расхождении токоведующих контактов место последнего соприкосновения нагревается током до температуры плавления. Эта расплавленная область образует жидкий металлический мостик, замыкающий контакты. Продолжая пропускать ток, мостик при расхождении контактов растягивается, под влиянием джоулева тепла вскипает и разрушается с образованием облака металлического пара, которого будет тем больше, чем более легколетучий металл присутствует в составе контактирующей площадки.

Напряженность магнитного поля как петли тока, так и соленоидоз, пропорциональна отключаемому току. Следовательно, при отключении малых токов дуга, возникающая на контактирующей поверхности насадки, подвергается слабому воздействию указанных магнитных полей. Скорость ее перемещения невелика, и поэтому из контакта успевает выделиться достаточно металлических паров. При огключс ип средних токов (200 — 500 а) дуга под действием возросших магнитных полей будет с большей скоростью совершать движение, как круговое под влиянием радиального магнитного поля соленоидов, так и поступательное под воздействием магнитного поля петли тока. Благодаря этому удельное количество пара легколетучего металла будет значительно меньше.,При отключении больших гоков дуга подвергается сильному воздействию магнитных полей и поэтому уходит с контактирующей насадки очень быстро, и легколетучего металла выделяется немного. После ухода с контактирующей насадки дуга попадает на конусообразную поверхность наконечника

1, изготовленного из металла, обладающего, например, автоэлектропной амиссией для обеспечения условий увеличения скорости перемещения дуги. Для предотвращения расплавления контактов эту,поверхность целесообразно облицовывать тонким слоем тугоплавкого и дугостойкого материала, например молибдена, обладающего большими гетерирующими свойствами, чем вольфрам.

Разрезав контактный наконечник, т. е. нарушив его монолитность, ликвидируют тем

213125 самым короткозамкнутый виток, что дает возможность магнитному полю спиралей проникнуть в межконтактный .промежуток. Прорези на одном из контактов должны быть зеркальным отображением прорезей другого контакта с тем, чтобы при помещении контактов в вакуумной дугогасительной камере лепестки располагались строго друг против друга.

При таком взаимном расположении лепестков образуется четыре взаимно перпендикулярных изгибающихся «рельсовых» ускорителя с направляющими, расходящимися к концу из-за конусообразной формы наконечников. Такая конфигурация зазора между лепестками облегчает условия газодинамического истечения паров металла из межконтактного промежутка. Дуга, .по мере продвижения к концам лепестков — направляющих рельсового ускорителя — увеличивает свою длину и легче гаснет, что повышает отключающую способность контактной системы.

Дуга, горящая между направляющими рельсового ускорителя, как подвижный проводник с током, получает ускорение, увеличивающееся до определенного предела, IIo направлению к концам лепестков благодаря взаимодействию магнитных полей токов, протекающих по обеим направляющим и дуге. Напряженность магнитного поля в пространстве, ограниченном дугой и направляющими, т. е. за дугой больше, чем перед дугой, Hpзависимо от направления тока, так как магнитные потоки складываются в этом пространстве независимо от направления тока. Скорость движения дуги будет увеличиваться в том случае, если лепестки ориентированы в пространстве таким образом, чтобы силы воздействия на дугу магнитных потоков Ф, и Ф, «рельсового» ускорителя складывалось с силами воздействия радиальных магнитных потоков Ф, и Ф, соответствующих спиралей. Такое общее магнитное поле дуги вызывает ускоренное перемещение дуги по контактам, что приводит к качественно новому эффекту, так как увеличение продольного отключающего тока в этом случае больше суммы токов, получающи:ся при использовании каждого магнитного поля в отдельности.

Под влиянием сум".àðíûõ сил взаимодействия магнитного поля тока дуги с магнитными полями спиралей и «рельсового» ускорителя дуга ускоренно движется в межконтактном промежутке, и ее опорные пятна попадают на третью область дугогашения — на периферийную часть лепестков контактного наконечника, которая выполнена в виде кольцевой насадки б, спаянной с наконечником и прорезанной вместе с ним. Так как насадка принимает непосредственное участие в дугогашении больших токов, она должна быть изготовлена из тчпоплавкого и дугостойкого металла, например молибдена, вольфрама и т. п., или металлокерамической композиции на их основе с

65 малыми добавками (0,5 — 10%) металлов, пары которых при высоких температурах обладают высокой сорбционной способностью, например циркония, титана, ниобия, тория и т. п.

Для того, чтобы облегчить возможность проникновения магнитных потоков, создавае,IhIx,ñHèðàëÿìè токоподводов, в межконтактный промежуток, отделяющийся усеченный конусообразный с плоской вершиной наконечник 1 выполнен со сквозным отверстием в центре из материала с высокой электро- и теплопроводностью. Диаметр отверстия равен внутреннему диаметру спирали для того, что. бы весь магнитный поток, сосредоточенный внутри спирали, попадал в межконтактный промежуток. Внутренняя цилиндрическая поверхность отверстия в центре наконечника и его плоская вершина облицованы тонким слоем, контактирующим при замкнутых контактах, из металлокерамической композиции на основе вольфрама с малыми добавками (0,1—

10% ) металлов, обладающих высокой упругостью пара в диапазоне температур, возникающих на электродах в процессе горения дуги. Для того, чтобы тепло, сообщаемое дугой, шло в основном на испарение, необходимо, чтобы металлы вводимых добавок обладали низкой теплопроводностью.

Дуга под действием радиального магнитного поля спиралей токоподводов переходит с контактной площадки на конусную поверхность наконечника. Чтобы уменьшить эрозию контактов, эта поверхность облицована тонким слоем (2 — 3 At) тугоплавкого материала, например металлокерамической композицией на основе молибдена. Под воздействием общего магнитного .поля (радиального — спиралей и поперечного — лепестков) дуга ускоренно перемещается на края лепестков, боковая цилиндрическая поверхность которых облицована тугоплавкой оболочкой из металлокерамической композиции на основе молибдена с малыми добавками (0,1 — 10%) металлов, обладающих гетерными свойствами для поглощения газов, выделяющихся из металла контактов в процессе горения дуги.

Под тепловыми воздействиями дуги материал дугостойкой насадки испаряется, при этом испаряются и упомянутые металлы. Кроме того, при отключении большого тока из тела контакта, довольно значительные участки которого прогреваются опорными пятнами дуги до высоких температур, выделяется некоторое количество газа, и давление в вакуумной дугогасительной камере может увеличиться. Это приводит к черезмерному затягиванию дуги или даже к неотключению. В предлагаембй конструкции увеличение отключаемого тока приводит к увеличению как количества паров, которые адсорбируют газы, так и повышению нх температуры, что автоматически ведет к уве,чичению скорости поглощения и объема поглощаемого газа. Следовательно, давление в камере увеличиться не может. Кроме того, 213125 газы после поглощения уже не могут мешать истечению паров металла из межконтактного громежутка, Пары металла успевают уйти в окружающее пространство за короткое время, когда ток проходит через нуль, дуга гаснет.

В результате, введение газопоглощающих добавок в состав кольцевой тугоплавкой насадки увеличивает отключающую способность контактной, системы.

Предмет изобретения

1. Контактная система, например для вакуумных выключателей с двумя спиральными встречно закрученными токоподводами, каждый из контактов которой снабжен наконечником, укрепленным на токо подводе и выполненным в виде цилиндра, переходящего в конус, на усеченной вершине которого в его центре укреплена тугоплавкая дисковая наса дка с цилиндрическим углублением в центре и кольцевой контактной поверхностью, выполненная из сплавов с малыми добавками легколетучих металлов, обладающих низкой теплопроводностью и плохим химическим сродством к кислороду, а .периферийная часть разрезана на лепестки, отличающаяся тем, что, с целью повышения отключающей способности, указанные лепестки наконечника одного контакга являются зеркальным отображением лепестков наконечника противоположного кон5

Зо такта, их направления совпадают с направлением вращения спирали токоподвода, на которой укреплен этот наконечник, и наружный диаметр насадки ра вен наружному диаметру спирали токоподвода, а внутренний, диаметр углубления (цилиндрического отверстия) равен или больше среднего диаметра спирали.

2. Система по,п. 1, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения износа контактов и предотвращения их расплавления, конусная,поверхность указанных лепестков облицована дугостойким, тугоплавким материалом, например молибденом.

3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью поглощения газов, выделяющихся из контактов в процессе горения дуги, пери ферийная часть указанных лепестков облицована дугостойким, тугоплавким материалом, в который введены добавки (0,1 — 10%) металлов, поглощающих газы при температурах, возникающих в дуге, например металлокерамической композицией на основе молибдена с добавлением ниобия.

4. Система попа 1, 2 и 3, отличающаяся тем, что, с целью повышения в межконтактном,промежутке напряженности магнитного поля, созда ваемого спиралями токопроводов, в центре каждого наконечника выполнено сквозное отверстие, а сами наконечники имеют одинаковую толщину и в центре, и на,периферии.