Вакуумный выключатель тока

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к силовой коммутационной аппаратуре. Выключатель содержит дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами с кольцевыми контактами, закрепленными на корпусе камеры и магнитную систему, содержащую постоянный магнит, размещенный по оси камеры со стороны неподвижного электрода, и формирующую поперечно-радиальное оси поле. Центральная часть корпуса камеры, расположенная внутри неподвижного контакта, выполнена электрически изолированной. Технический результат - улучшения условий обрыва дуги, что позволяет увеличить величину коммутирующего тока и уменьшить время обрыва дуги. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой коммутационной аппаратуре и предназначено для использования в вакуумных выключателях и контакторах постоянного и переменного тока.

В вакуумных выключателях постоянного и переменного тока используются дугогасительные камеры, оснащенные магнитной системой, создающей в зазоре между контактами при их размыкании магнитное поле, которое облегчает прерывание тока.

Известен вакуумный выключатель тока, содержащий дугогасительную камеру со "встроенной" магнитной системой [1]. В этом выключателе формирование магнитного поля в зазоре обеспечивается собственным током выключателя и сложной сегментацией дисковых контактов.

Недостатками этого устройства являются конструктивная сложность контактов и узкая область применения: величина тока должна быть значительной для создания магнитного поля.

Известен вакуумный выключатель тока [2], содержащий дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами с дисковыми контактами и магнитную систему, содержащую две катушки, расположенные снаружи камеры у ее боковой поверхности, и формирующую между контактами плоскооднородное, поперечное оси поле.

Недостатками этого устройства являются форма магнитного поля, которая вызывает дрейф дуги в скрещенных электрическом и магнитном полях исключительно в одном направлении, и массогабаритные характеристики, которые увеличины из-за размещения катушек по бокам камеры.

Ближайшим техническим решением является вакуумный выключатель тока, содержащий дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами с кольцевыми контактами, закрепленными на корпусе камеры, и соосную с ней магнитную систему с постоянным магнитом, расположенным по оси со стороны неподвижного электрода, и формирующую между контактами поперечно-радиальное оси поле [3].

Недостатком этого устройства является конструкция центральной части корпуса камеры, расположенной внутри неподвижного электрода с кольцевым контактом. Эта часть корпуса электрически связана с неподвижным контактом, а магнитное поле вблизи нее перпендикулярно к ней, так как является аксиальным по своей природе. Дуга, возникающая между контактами при их размыкании, выталкивается из рабочего зазора и может устойчиво гореть между центральной частью подвижного электрода и центральной частью корпуса, расположенной внутри неподвижного контакта, так как электрическое и магнитное поля параллельны у оси. Это ухудшает коммутационные характеристики выключателя, в частности снижает величину коммутирующего тока и увеличивает время прерывания дуги.

Возможным ближайшем техническим решением можно рассматривать вакуумный выключатель тока, содержащий дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами с кольцевыми контактами, закрепленными на корпусе камеры, и соосную с ней магнитную систему с постоянными магнитами, расположенными по оси со стороны неподвижного и подвижного электродов, и формирующую между контактами поперечно-радиальное оси поле [4].

Техническим результатом предложенного технического решения является улучшение коммутационных характеристик вакуумного выключателя тока.

Технический результат достигается тем, что в вакуумном выключателе тока, содержащем дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижными электродами с кольцевыми контактами, закрепленными на корпусе камеры, и соосную с ней магнитную систему, содержащую постоянный магнит, расположенный по оси со стороны неподвижного электрода, и формирующую между контактами поперечно-радиальное оси поле, центральная часть корпуса камеры, расположенная внутри неподвижного контакта, выполнена электрически изолированной; электрически изолированная часть корпуса камеры выполнена аксиально-симметричной и соизмеримой с внутренним диаметром контакта; электрически изолированная часть корпуса камеры охватывает магнит.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан схематический разрез вакуумного выключателя тока с магнитной системой, содержащий постоянный магнит, расположенный по оси у неподвижного электрода, на фиг.2 - пример, когда изолированная часть корпуса камеры охватывает постоянный магнит, на фиг.3 - пример магнитной системы, выполненной из двух магнитов, один из которых расположен у неподвижного электрода, а другой - у подвижного электрода.

Выключатель содержит дугогасительную камеру с подвижным 3 и неподвижным 4 электродами с кольцевыми контактами 1 и 2 соответственно, при этом электроды закреплены на корпусе 5 камеры, магнитную систему с постоянными магнитами 6, 10, высоковольтный изолятор 7 и разделительный изолятор 8, изолирующий часть корпуса 9 от неподвижного электрода.

Выключатель работает следующим образом.

При замкнутых контактах 1, 2, выполненных из немагнитного материала, например молибдена, через них и электроды 3, 4, выполненные из немагнитного высокопроводящего материала, например меди, протекает постоянный ток. Магнитная система, выполненная из постоянных магнитов 6, 10, например на основе самарий-кобальта, и расположенная по оси, формирует в области контактов поперечно-радиальное поле. Такое поле эффективно обрывает дугу, возникающую при размыкании контактов, так как, во-первых, оно затрудняет попадание электронов на анод вследствие их замагниченности, во-вторых, столб дуги не может дрейфовать в азимутальном направлении в скрещенных электрическом и магнитном полях и, следовательно, выталкивается из зазора. Вытолкнутая наружу плазма движется вдоль магнитных силовых линий в силу замагниченности электронов. Если плазма замкнула подвижный контакт 2 и изолированную часть корпуса камеры 9, то она мгновенно зарядится и дуга оборвется.

Для повышения эффективности обрыва дуги изолированная часть корпуса камеры выполнена аксиально-симметричной и соизмеримой с внутренним диаметром контакта.

Для увеличения магнитного поля между контактами и облегчения обрыва дуги изолированная часть корпуса охватывает магнит, расположенный у неподвижного электрода.

Выключатель также будет эффективно работать на переменном токе, если частота тока меньше обратного времени обрыва дуги.

Таким образом, изобретение существенно улучшает коммутационные характеристики выключателя, в частности увеличивает величину коммутирующего тока и уменьшает время прерывания дуги.

Литература

1. Вакуумные дуги. Теория и приложения / Под ред. Дж.Лафферти, М.: Мир, 1982, стр.398.

2. Emtage P.R., Kimblin С.W. et al., // IEEE Trans. Plasma Sci., 1980, vol.8, №4, p.314-319.

3. Патент РФ №2230385, кл. Н 01 Н 33/664, 10.06.2004.

4. Патент РФ №2230386, кл. Н 01 Н 33/664, 10.06.2004.

1. Вакуумный выключатель тока, содержащий дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами с кольцевыми контактами, закрепленными на корпусе камеры, и соосную с ней магнитную систему, содержащую постоянный магнит, расположенный по оси со стороны неподвижного электрода, и формирующую между контактами поперечно-радиальное оси поле, отличающийся тем, что центральная часть корпуса камеры, расположенная внутри неподвижного контакта, выполнена электрически изолированной от неподвижного контакта.

2. Вакуумный выключатель тока по п.1, отличающийся тем, что электрически изолированная часть корпуса камеры выполнена аксиально-симметричной и соизмеримой с внутренним диаметром контакта.

3. Вакуумный выключатель тока по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что электрически изолированная часть корпуса камеры охватывает указанный магнит.