Вакуумная камера выключателя


 


Владельцы патента RU 2400854:

АББ ТЕКНОЛОДЖИ АГ (CH)

Изобретение относится к вакуумной камере выключателя с изолирующей керамической стенкой, внутри которой в вакууме расположены движущиеся контактные элементы, которые окружены экраном, расположенным между контактным элементом и стенкой вакуумной камеры. В области экрана (4, 7) или других конструктивных частей внутри вакуумной камеры (10) выключателя нанесены, по меньшей мере, частично покрытия из тугоплавкого материла или огнеупорных металлов, состоящие из наночастиц. Технический результат - улучшение стойкости к обгоранию и диэлектрической прочности. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к вакуумной камере выключателя с изолирующей, керамической стенкой, внутри которой расположены движущиеся в вакууме контактные элементы и концентрически окружены экраном между контактным элементом и стенкой камеры выключателя, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Вакуумные камеры выключателя применяются в области низкого, среднего и высокого напряжения. Внутри вакуума находятся контактные элементы, коммутационный процесс сам происходит в атмосфере вакуума. При коммутационном процессе, в частности в условиях короткого замыкания, целью является по возможности быстрое гашение возникшей электрической дуги. Упомянутая электрическая дуга как таковая генерирует высокоэнергетический поток плазмы, вызванный процессами испарения внутри вакуумной камеры выключателя. Таким образом, после некоторого числа коммутационных процессов внутри на стенках из керамических материалов вакуумной камеры выключателя образуется небольшой металлический слой, в результате чего изоляционные свойства устройства уменьшаются, как правило, конструктивные элементы экрана, выполненные из тонкостенных металлических материалов, устанавливаются внутри вакуумной камеры выключателя, они расположены вблизи раствора контактов между контактными элементами и изоляцией.

Образующийся при коммутационном процессе металлический пар конденсируется на поверхности этих экранов. Далее также и другие высокоэнергетические излучения плазмы, которые также исходят из области контактов, воспринимаются экраном. Благодаря этому на внутренней стороне вакуумной камеры выключателя сохраняется функция керамической оболочки по изоляции от напряжения. К краям этих установленных конструктивных элементов экрана прикладывается, особенно в условиях испытания, высокая напряженность поля.

Струи плазмы, бомбардирующие экран, осуществляют его местный нагрев, так что он может начать плавиться и испаряться. Это может привести, во-первых, к повышению давления пара внутри вакуумной камеры выключателя во время коммутационного процесса и, во-вторых, вызвать противление экрана. Особые нагрузки испытывает экран при компактном устройстве вакуумной камеры выключателя при частом переключении токов короткого замыкания.

Однако применяемые обычно материалы для экранов в этой форме не отвечают требуемой жаростойкости, или частично соответствуют ей.

В связи с этим задачей изобретения является повышение диэлектрической стойкости краев и закруглений применяемых частичных компонентов, конструктивно получающихся внутри вакуумной камеры выключателя. В области контактных элементов должна улучшиться жаростойкость экрана.

Поставленная задача для вакуумной камеры соответствующего вида согласно изобретению решается с помощью отличительных признаков пункта 1 формулы изобретения.

Другие предпочтительные исполнения к этому приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Сутью изобретения при этом является то, чтобы экраны или упомянутые части экрана, которые лежат непосредственно против области контактной системы, снабдить особым тугоплавким покрытием. Подлежащая выбору толщина при этом наносимого тугоплавкого слоя при этом должна иметь такие размеры, чтобы энергия, генерируемая в виде излучения во время отключения тока короткого замыкания, абсорбировалась этим слоем и могла отводиться к несущему слою, без того, чтобы система экранирования, или другие конструктивные части, также имеющие покрытие, начинали сильно нагреваться и, таким образом, в последствии смогли прежде временно проплавиться.

Для экранов это означает, что они покрыты с этим материалом с высокой диэлектрической стойкостью в области имеющихся краев или закруглений. Это ведет к тому, что обуславливается высокая работа выхода электрона и/или механическая высокая твердость. Этот слой при этом может быть относительно тонким. Отсюда в другом предпочтительном варианте исполнения этот слой может наноситься с помощью химического покрытия, осаждения методом ионного распыления или газообразного напыления.

При размыкании контактных элементов возникает электрическая дуга с описанным выше эффектом. На имеющих покрытие краях и поверхностях существенно уменьшается индуцированная плазмой электроэрозионная обработка материала, в результате чего, во-первых, уменьшается припаивание экранов и ,в итоге, может предотвращаться проплавление экрана.

Кроме того, достигается повышение стойкости на пробой экранной системы. К краям этих установленных конструктивных элементов прилагаются при диэлектрических условиях испытаний очень высокие электрические поля напряженности. Дополнительно к названной жаростойкости должна повышаться диэлектрическая стойкость на краях и закруглениях экрана или других конструктивных компонентов.

Таким образом, края или закругления экранов должны быть покрыты материалом с высокой диэлектрической стойкостью. Она достигается за счет высокой работы выхода электронов и/или высокой механической твердости. Диэлектрическая стойкость системы или устройства, в частности на краях экрана, повышается. При этом еще следует признать, что на так называемом центральном экране расположена соответствующая краевая плата, которая направлена наружу и делает возможным управление экраном, т.е. соответствующее управление потенциалом в центре.

Слой на конструктивных элементах может быть при этом относительно тонким. Эти покрытия могут состоять из названных выше элементов, смесей и/или сплавов в упомянутой форме, например TiN, TiN+Аl2О3, TiCN, С, по меньшей мере, частично в алмазной структуре, или также в смеси с вольфрамом, покрытий из твердых металлов из WC, а также из металлокерамики.

Эти обозначенные с помощью XY на приведенном ниже чертеже области состоят из этих перечисленных композиционных материалов, причем не исключено, что эти покрытия могут наноситься также в областях XXX и наоборот.

В другом предпочтительном варианте исполнения слой может быть образован наночастицами, которые на основе своей структуры могут иметь соответствующие оптимальные свойства.

Для покрытия поверхности конструктивного элемента применяются особо тугоплавкие или огнеупорные металлы, которые местным образом или даже полностью наносятся в форме наночастиц или в виде слоя, т.е. в виде закрытого слоя на носитель, здесь - конструктивную деталь экрана. К применяемым материалам принадлежат элементы: вольфрам, хром, молибден, ванадий, титан, тантал и углерод. В приведенном ниже чертеже для обозначенных XXX там областей для покрытия выбираются перечисленные выше элементы.

Далее покрытия могут состоять из смесей и/или сплавов в упомянутой форме, например TiN, TiN+Al2O3, TiCN, TiAlN, С в алмазной структуре, покрытия твердых металлов из вышеприведенных WC и металлокерамики. Эти обозначенные XY области в приведенном ниже чертеже состоят из этих перечисленных композиционных материалов.

Нанесение этих частиц или слоев может осуществляться химическим путем. Другими возможностями для нанесения слоя на конструктивную деталь являются: погружение /покрытие/ напыление или Physical-Vapour-Deposition (PVD-способ) или Chemical-Vapour-Deposition (CVD-способ) с помощью осаждения методом ионного распыления / нанесения испарением или с помощью поверхностных реакций.

Изобретение представлено одним примером осуществления и ниже описывается более подробно.

На чертеже показан продольное сечение вакуумной камеры 10 выключателя. Внутри вакуумной камеры выключателя расположены коммутационные контакты 5. Причем один контакт 8 расположен неподвижно, а другой 1 через гармошку 3 может перемещаться внутри вакуумной камеры выключателя. Выборочным образом может быть установлено два подвижных контакта, причем каждый контактный элемент соответственно приводится в движение и может отводиться с помощью металлической гармошки с шатуном. Оба электрических проводника 1, 8 электрически отделены друг от друга с помощью изолятора 6. Изображенная в этом устройстве закрывающая конструктивная часть 2 берет на себя соединение между изолятором и гармошкой на одной стороне и проводником 8 на другой.

Внутри вакуумной камеры 10 выключателя здесь в этом изображении сечения расположены экраны 4, 7, в основном здесь различим центральный экран 4, который размещен в области собственно вокруг места контакта. По изображенным выделенным краям, что называется в первую очередь, но не исключительно там, центральный экран покрыт соответствующим материалом XXX или композиционным материалом XY, в соответствие с названными выше материалами или элементами, сплавами и т.д.

При размыкании контактных элементов под нагрузкой возникает электрическая дуга с описанным выше эффектом. На покрытых краях и поверхностях существенно уменьшается индуцированная плазмой электроэрозия материала, вследствие чего, во-первых, уменьшается припаивание экранов и, в итоге, может предотвращаться проплавление экрана, и, во-вторых, повышается диэлектрическая стойкость системы или устройства, в частности на краях экрана. При этом можно видеть, что у так называемого центрального экрана 4 расположена соответствующая краевая плата, которая направлена наружу и делает возможным управление экраном, т.е. позволяет соответствующую настройку потенциала в центре.

1. Вакуумная камера выключателя с изолирующей керамической стенкой, внутри которой расположен движущийся в вакууме контактный элемент и концентрически окружен экраном между контактным элементом и стенкой камеры выключателя, отличающаяся тем, что в области экрана (4, 7) или других конструктивных элементов внутри вакуумной камеры (10) выключателя, по меньшей мере, частично нанесены покрытия из тугоплавкого материала или огнеупорных металлов, состоящие из наночастиц.

2. Вакуумная камера по п.1, отличающаяся тем, что тугоплавкий материал подлежащих нанесению слоев состоит из элементов: вольфрам, и/или хром, и/или молибден, и/или ванадий, и/или титан, и/или тантал, и/или углерод (материал XXX).

3. Вакуумная камера по п.2, отличающаяся тем, что покрытие наносится с помощью PVD- или CVD-способов, с помощью осаждения методом ионного распыления, или газообразного напыления, или химических реакций или с помощью техники напыления, или погружением, или покрытием кистью, или набрызгиванием на соответствующие части вакуумной камеры выключателя.

4. Вакуумная камера по п.1, отличающаяся тем, что наночастицы состоят из вольфрама, или молибдена, или тантала, или ванадия, или титана, или хрома, углерода.

5. Вакуумная камера по п.1, отличающаяся тем, что наночастицы состоят из сплава CuCr.

6. Вакуумная камера по п.1, отличающаяся тем, что наночастицы состоят из композиционного материала.

7. Вакуумная камера по п.6, отличающаяся тем, что композиционный материал состоит из CuCr с Cr>1%.

8. Вакуумная камера по п.6, отличающаяся тем, что композиционный материал состоит из WCu или MoCu.

9. Вакуумная камера по п.6, отличающаяся тем, что композиционный материал состоит из TiN, или TiN+Al2O3, или из TiCN, или из TiAlN.

10. Вакуумная камера по 6, отличающаяся тем, что композиционный материал состоит из WC.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к высоковольтной коммутационной аппаратуре, в частности к вакуумным управляемым разрядникам и вакуумным дугогасительным камерам, используемым в выключателях.

Изобретение относится к вакуумной дугогасительной камере с литой полюсной деталью для применения в областях низких, средних и высоких напряжений, а также к способу ее изготовления.

Изобретение относится к конструкции вакуумных выключателей, преимущественно наружной установки. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к низковольтным электрическим аппаратам, предназначенным для коммутации силовых электрических цепей переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к низковольтным электрическим аппаратам переменного тока, предназначенным для коммутации силовых электрических цепей.

Изобретение относится к силовому выключателю, предназначенному для киловольтного диапазона и содержащему вакуумную дугогасительную камеру, охватываемую без зазора манжетой из эластомерного материала большой диэлектрической прочности.

Изобретение относится к области электротехники , в частности к вакуумным выключателям высокого напряжения с несколько соединенными последовательно вакуумными дугогасительными камерами.

Изобретение относится к быстродействующим , коммутаторам для высокочастотных электрических цепей. .

Изобретение относится к области электротехники и касается конструкции вакуумных выключателей

Изобретение относится к способу для закрепления элемента (экрана) к части (корпусу) электрического устройства, такого как вакуумный выключатель

Изобретение относится к способу изготовления контактной части средневольтного переключающего устройства с вакуумной камерой прерывания и к самой контактной части

Изобретение касается вакуумной переключающей лампы (1) с корпусом, который имеет два размещенных и выполненных симметрично относительно средней плоскости (S) участка (16, 17) корпуса из изолирующего материала. Каждый из обоих участков (16, 17) корпуса из изолирующего материала включает в себя несколько частей (9, 10, 11, 12, 13, 14) корпуса из изолирующего материала. Часть (9, 12) корпуса из изолирующего материала каждого участка корпуса из изолирующего материала, размещенная наиболее удаленно от средней плоскости (S), имеет длину (L1), которая больше, чем длина (L2, L3) других частей (10, 11, 13, 14) корпуса из изолирующего материала. Технический результат - обеспечение высокой диэлектрической прочности переключающей лампы, имеющей компактную конструкцию. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Вакуумный выключатель содержит вакуумную камеру (2) с коммутирующим контактом, имеющим неподвижную контактную деталь, которая находится в электрическом контакте с контактным зажимом (11) неподвижного контакта, а также подвижную контактную деталь и приводной блок (7). С приводным блоком (7) и подвижной контактной деталью соединена переключательная механика (4). Соединительные средства в положении контакта электрически соединяют контактный зажим (13) подвижного контакта с подвижной контактной деталью. Соединительные средства имеют зажимной контакт (16, 17), который имеет соединенный с электропроводящим участком переключательной механики (4) вводную зажимную контактную деталь (16) и соединенную неподвижно с вакуумной камерой (2) и электрически с контактным зажимом (13) ответную зажимную контактную деталь (17), расположенные так, что вводная зажимная контактная деталь (16) вследствие приводного движения зажимается с электрической проводимостью с ответной зажимной контактной деталью (17). Технический результат - создание компактного выключателя, который при высоких скоростях включения обеспечивает надежный путь прохождения тока с высокой нагрузочной способностью по току между контактными зажимами вакуумного выключателя. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для прерывания в системах распределения питания. Электрический разъединитель включает в себя тело, ограничивающее проем, проделанный сквозь него, первый электрический контакт, расположенный у первого конца проема, второй электрический контакт, расположенный с возможностью перемещения у второго конца проема, причем конфигурация упомянутого второго контакта обеспечивает оперативное перемещение через проем для электрического соединения с первым контактом или отсоединения от него, и, по меньшей мере, два вогнутых управляющих электрическим полем экрана, прикрепленных к телу у соответствующих концов проема и вокруг него так, что экраны пролегают поперек проема, а открытые концы каждого экрана направлены друг к другу. 5 н. и 22 з.п. ф-лы, 25 ил.

Автоматический выключатель для использования в цепях среднего и высокого напряжения содержит по меньшей мере один корпус (1) полюсной части, в котором размещена вакуумная вставка (2), внутри которой расположена пара соответствующих соосных электрических контактов (3, 4). Неподвижный электрический контакт (3) электрически соединен с верхней клеммой (5) корпуса (1) полюсной части, а подвижный по оси электрический контакт (4) электрически соединен с нижней клеммой (6) корпуса (1) полюсной части и приводится в действие изолированной тягой (7), которая проходит сквозь защитную пластину (8), расположенную на нижнем отверстии корпуса (1) полюсной части. Защитная пластина (8) выполнена из жесткого литого пластикового изоляционного материала, причем по периметру защитной пластины (8) отлито по меньшей мере одно уплотнительное кольцо (9, 9а, 9b), выполненное из эластичного материала. Технический результат - создание выключателя с простым и эффективным средством защиты от электрических пробоев между нижней электрической клеммой и краями корпуса полюсной части. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к вакуумному выключателю (300), залитому в изолирующий материал (301), включающий в себя первый основной слой (100), содержащий первый подслой (101), второй подслой (102) и третий подслой (103). Второй подслой (102) расположен между первым подслоем (101) и третьим подслоем (103). Первый подслой (101), второй подслой (102) и третий подслой (103) содержат волокна, при этом первый подслой (101) содержит группу первых волокон (110), расположенных параллельно друг другу. Технический результат - повышение внешней диэлектрической прочности вакуумного выключателя, обладающего необходимой механической защитой от внешних воздействий. 3.н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ изготовления полюсной части (1) автоматического выключателя, содержащей внешний трубчатый изолятор (7), изготовленный из сплошного синтетического материала, внутри которого находится, опираясь на него, вставка (8) вакуумного прерывателя для электрической коммутации средневольтной цепи, предусматривает нанесение слоя (12) из адгезивного материала на по меньшей мере боковую область (11) вставки (8) прерывателя. Вставку (8) прерывателя с покрытием заделывают путем заливки сплошного синтетического материала для формирования единого слоя окружающего внешнего трубчатого изолятора. Толщина промежуточного слоя (12), нанесенного между вставкой (8) и окружающим трубчатым изолятором (7), составляет от 0,5 до 5 мм. При этом промежуточный слой (12) одновременно выполняет функцию механической компенсации и адгезивную функцию. Технический результат - обеспечение прочного сцепления между вставкой вакуумного прерывателя и окружающим её изоляционным материалом без использования дополнительного клеящего вещества. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх