Контактная система вакуумной дугогасительной камеры на напряжение 110 кв



Контактная система вакуумной дугогасительной камеры на напряжение 110 кв
Контактная система вакуумной дугогасительной камеры на напряжение 110 кв

 


Владельцы патента RU 2464663:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Контактная система вакуумной дугогасительной камеры содержит подвижный и неподвижный контактные узлы, каждый из которых состоит из токоподвода в виде стержня, контактной детали с плоской поверхностью контактирования, индуктора в виде разрезного кольца из материала с высокой электропроводностью и втулки из материала с низкой электропроводностью. Индуктор и втулка расположены между контактной деталью и токоподводом и соединены с ними. Втулка установлена внутри индуктора и соосно с ним. Контактная деталь имеет форму перевернутой чаши с боковой цилиндрической поверхностью, охватывающей индуктор в виде разрезного кольца. Переход между плоской поверхностью контактирования и боковой цилиндрической поверхностью сделан с радиусом скругления не менее 5 мм. За счет этого на краях контактной детали и кольцевого индуктора не возникает повышенной напряженности электрического поля, что снижает или исключает вероятность пробоя вакуумного промежутка между разведенными контактами. Кроме этого конструкция вакуумного выключателя также станет более компактной и менее материалоемкой. Технический результат - создание контактной системы с высоким пробивным напряжением промежутков между разведенными контактами, что позволяет уменьшить ход контактов и габариты вакуумной дугогасительной камеры. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к вакуумным выключателям и применяется в вакуумных дугогасительных камерах высокого напряжения.

Основным элементом, обеспечивающим коммутационные и высоковольтные характеристики вакуумных выключателей, являются вакуумные дугогасительные камеры (ВДК), характеристики которых, в свою очередь, в значительной степени определяются конструкцией контактной системы (КС). В настоящее время в ВДК на высокое напряжение (свыше 35 кВ) применяются исключительно КС, создающие продольное магнитное поле, где вектор магнитной индукции параллелен вектору тока электрической дуги. Продольное магнитное поле, создаваемое КС, при протекании по ней тока обеспечивает диффузную форму горения электрической дуги, которая возникает при размыкании контактов. Диффузная форма электрической дуги характеризуется низким напряжением и равномерным рассредоточением по поверхности КС, благодаря чему не происходит чрезмерного нагрева поверхности КС и при переходе тока через ноль между разомкнутыми контактами восстанавливается напряжение, то есть происходит успешное отключение тока в КС ВДК. Дополнительное требование к КС для ВДК на напряжение свыше 35 кВ состоит в том, что разомкнутые контакты должны выдерживать более высокие напряжения в отключенном состоянии, поэтому конфигурация КС должна быть такой, чтобы напряженность электрического поля на ее поверхностях не превышала критической величины.

В техническом решении (патент JP 2010113821 А, МПК: Н01Н 33/66, опубликован 20.05.2010) [1] предложена КС для высоковольтной ВДК, в которой продольное магнитное поле создается индуктором, имеющим форму чаши с несколькими косыми прорезями в ее стенках. Эти прорези направляют ток по винтовым линиям, в результате чего ток создает продольное магнитное поле. Индуктор соединен с контактной деталью, имеющей форму круглого и плоского диска, а снаружи закрыт экраном, изготовленным из нержавеющей стали, служащим для выравнивания напряженности электрического поля на острых кромках пазов.

Недостаток данной конструкции КС состоит в том, что применяемый в ней индуктор имеет большой размер по длине, а магнитное поле, создаваемое винтовыми линиями тока, ограничено по величине. Кроме того, внешний экран не закрывает боковые кромки самой контактной детали, на которых возникает повышенная напряженность электрического поля.

Наиболее близкой к предлагаемому решению является конструкция, предложенная в (патент US 5777287 A, МПК: Н01Н 33/66, опубликован 07.07.1998) [2]. В ней контактная система содержит подвижный и неподвижный контактные узлы, которые далее в тексте будем называть также контактами, каждый из которых состоит из токоподвода в виде стержня, контактной детали в виде круглого диска с плоской поверхностью контактирования, индуктора в виде разрезного кольца из материала с высокой электропроводностью и втулки из материала с низкой электропроводностью, причем индуктор и втулка расположены между контактной деталью и токоподводом и соединены с ними, при этом втулка установлена внутри индуктора и соосно с ним.

Недостаток данной конструкции состоит в том, что на краях круглого диска контактной детали и кольцевого индуктора возникает повышенная напряженность электрического поля, что может привести к пробою вакуумного промежутка между разведенными контактами.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание КС ВДК на напряжение 110 кВ и выше с высоким пробивным напряжением промежутков между разведенными контактами за счет уменьшения напряженности электрического поля на поверхностях КС.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в создании контактной системы вакуумной дугогасительной камеры, содержащей подвижный и неподвижный контактные узлы, каждый из которых состоит из токоподвода в виде стержня, контактной детали в виде круглого диска с плоской поверхностью контактирования, индуктора в виде разрезного кольца из материала с высокой электропроводностью, втулки из материала с низкой электропроводностью, причем индуктор и втулка расположены между контактной деталью и токоподводом и соединены с ними, при этом втулка установлена внутри индуктора и соосно с ним.

Поставленная техническая задача решается благодаря тому, что контактная деталь имеет форму перевернутой чаши с боковой цилиндрической поверхностью, охватывающей индуктор в виде разрезного кольца, а переход между плоской поверхностью контактирования и боковой цилиндрической поверхностью сделан с радиусом скругления не менее 5 мм.

За счет этого на краях контактной детали и кольцевого индуктора не возникает повышенной напряженности электрического поля, что снижает или исключает вероятность пробоя вакуумного промежутка между разведенными контактами.

Конструкция КС поясняется рисунками фиг.1 и фиг.2. Фиг.1 - общий вид контактной системы ВДК. Фиг.2 - разрезы узлов КС ВДК. Позициями на фиг.1 и фиг.2 обозначены:

1 - токоподвод подвижного контактного узла;

2 - токоподвод неподвижного контактного узла;

3 - контактная деталь в форме перевернутой чаши;

4 - индуктор в виде разрезного кольца;

5 - втулка.

Контактная система ВДК содержит: подвижный и неподвижный контактные узлы (контакты), каждый из которых состоит из токоподвода, выполненного в виде стержня, контактной детали в форме перевернутой чаши 3, индуктора в виде разрезного кольца 4 из материала с высокой электропроводностью и втулки 5 из материала с низкой электропроводностью, причем индуктор в виде разрезного кольца 4 и втулка 5 расположены между контактной деталью в форме перевернутой чаши 3 и неподвижным токоподводом 2 или подвижным токоподводом 1. Все детали соединены друг с другом с помощью пайки. Контактная деталь в форме перевернутой чаши 3 имеет плоскую поверхность контактирования S, сопряженную радиусом скругления R не менее 5 мм, с боковой цилиндрической поверхностью Р, охватывающей индуктор 4 (фиг.1).

Контактная система работает следующим образом: при выполнении операции отключения привод выключателя через систему валов, рычагов и изоляционную тягу (не показаны на рисунках) размыкает контакты КС ВДК на расстояние Н. При этом в межконтактном вакуумном промежутке возникает электрическая дуга, которая горит в парах металла, из которого изготовлена контактная деталь в форме перевернутой чаши 3 (обычно композиция хром-медь). Ток I в контактной системе протекает следующим образом: от подвижного токоподвода в виде стержня 1 попадает в индуктор в виде разрезного кольца 4 и, проходя по его кольцу, создает в промежутке между контактами КС продольное магнитное поле с индукцией В. Затем через выступ на конце кольца индуктора ток перетекает в контактную деталь в форме перевернутой чаши 3. В неподвижном контакте ток I протекает аналогичным образом: из контактной детали в форме перевернутой чаши 3 ток попадает в индуктор в виде разрезного кольца 4, протекает по его кольцу и попадает в токоподвод неподвижного контакта. Направления векторов индукции магнитного поля В, создаваемого индукторами подвижного и неподвижного контактов, совпадают. Таким образом, вектора индукции магнитного поля в межконтактном промежутке суммируются. Продольное магнитное поле обеспечивает диффузную форму горения электрической дуги, при этом электрическая дуга равномерно рассредоточена по поверхности контактной детали в форме перевернутой чаши 3. Как указывалось ранее, вакуумная дуга в продольном магнитном поле имеет диффузную форму, которая не вызывает сильного разогрева поверхностей контактирования. При переходе переменного тока через ноль, дуга гаснет, и между контактами восстанавливается напряжение. Операция отключения тока КС ВДК успешно завершена.

При протекании тока в КС он преимущественно проходит по индуктору в виде разрезного кольца 4, так как он изготовлен из материала с высокой электропроводностью, и лишь малая его часть проходит через втулку 5, так как она изготовлена из материала с низкой электропроводностью (например из нержавеющей стали). Назначение втулки 5 состоит в том, чтобы воспринимать механические нагрузки, которые возникают при операции включения, когда контакты КС замыкаются с высокой скоростью, а затем поджимаются для снижения переходного электрического сопротивления и обеспечения электродинамической устойчивости.

После отключения тока межконтактный промежуток подвергается воздействию электрического поля. Причем в классе 110 кВ пик восстанавливающегося напряжения между разомкнутыми контактными узлами КС может достигать величины 200 кВ. Чтобы выдержать такое напряжение, поверхности КС не должны иметь острых углов или кромок, на которых происходит концентрация напряженности электрического поля. В предлагаемом изобретении контактная деталь в форме перевернутой чаши 3 своей боковой цилиндрической поверхностью Р экранирует острые кромки индуктора в виде разрезного кольца 4. Переход от плоской поверхности контактирования S к боковой цилиндрической поверхности Р сделан с радиусом скругления R не менее 5 мм. Такая конструкция КС позволяет максимально снизить напряженность электрического поля. Кроме того, предлагаемая конструкция обладает компактностью, что позволяет экономить внутренний объем и габариты ВДК, а магнитное поле, создаваемое индуктором в виде разрезного кольца, имеет большую величину, так как витки предельно приближены к поверхности контактирования.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет создать контактную систему с продольным магнитным полем для вакуумной дугогасительной камеры на высокое (до 110 кВ) напряжение. Предлагаемая КС проста в изготовлении и технологична.

Вакуумные выключатели в настоящее время занимают лидирующие позиции среди остальных типов коммутационных аппаратов в классе напряжений 10-35 кВ в силу таких преимуществ, как:

- экологическая чистота;

- высокий коммутационный ресурс;

- возможность эксплуатации при температурах -60°С и ниже.

Они в последние годы стали также применяться в классе напряжения 110 кВ и создавать конкуренцию элегазовым аппаратам.

Положительный эффект от предлагаемого изобретения заключается также в том, что КС позволяет уменьшить ход контактов и габариты самой ВДК. Кроме этого конструкция вакуумного выключателя также станет более компактной и менее материалоемкой.

Источники информации

[1]. Патент JP 2010113821 А, МПК: Н01Н 33/66, опубликован 20.05.2010.

[2]. Патент US 5777287 А, МПК: Н01Н 33/66, опубликован 07.07.1998.

Контактная система вакуумной дугогасительной камеры, содержащая подвижный и неподвижный контактные узлы, каждый из которых состоит из токоподвода в виде стержня, контактной детали с плоской поверхностью контактирования, индуктора в виде разрезного кольца из материала с высокой электропроводностью, втулки из материала с низкой электропроводностью, причем индуктор в виде разрезного кольца и втулка расположены между контактной деталью и токоподводом и соединены с ними, при этом втулка установлена внутри индуктора и соосно с ним, отличающаяся тем, что контактная деталь имеет форму перевернутой чаши с боковой цилиндрической поверхностью, охватывающей индуктор, а переход между плоской поверхностью и боковой цилиндрической поверхностью сделан с радиусом скругления не менее 5 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к силовым вакуумным выключателям постоянного и переменного тока. .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к контактным устройствам вакуумных дугогасительных камер, которые используются в сильноточных вакуумных выключателях.

Изобретение относится к силовой коммутационной аппаратуре постоянного и переменного тока. .

Изобретение относится к сильноточной импульсной электроэнергетике. .

Изобретение относится к коммутационному контакту для вакуумных разрядников согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. .

Изобретение относится к контактной части контактной системы для прерывания тока в распределительной сети с контактодержателем, который содержит полый цилиндрический участок стенки, а также стенку основания, и с контактным диском, лежащим противоположно стенке основания в продольном направлении, причем предусмотрены прорези для создания магнитного поля.

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным переключателям, в которых используется электромагнитная система управления с поляризующим постоянным магнитом, обеспечивающим удержание подвижного контакта в двух крайних положениях после снятия напряжения питания с обмоток управления электромагнита.
Изобретение относится к технологии изготовления высокочастотных вакуумных выключателей и касается способа контроля в них контактного нажатия после вакуумно-термической обработки и отпая и может найти применение при изготовлении вакуумных выключателей, переключателей и реле в металлостеклянном и металлокерамическом исполнении, с двумя и одним разрывами контактов, с упругим и жестким контактным мостиком преимущественно со встроенной электромагнитной системой управления неполяризованного типа.

Изобретение относится к технологии изготовления высоковольтных вакуумных выключателей и касается тренировки в них межконтактного зазора высоким напряжением в процессе вакуумно-технологической обработки.

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к силовой коммутационной аппаратуре. .

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

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным выключателям, в которых используется электромагнитная система управления нейтрального типа

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии изготовления контактов вакуумных дугогасительных камер. Порошковую смесь и заготовку из материала с высокой электропроводностью помещают в вакуумную камеру, где порошковую смесь наносят в виде покрытия на заготовку методом электронно-лучевой наплавки в вакууме. В едином технологическом цикле с наплавкой проводят дополнительный электронно-лучевой переплав всего объема наплавленного покрытия. Обеспечивается улучшение качества контактов за счет получения более мелкодисперсной равномерной микроструктуры и пониженного газосодержания наплавленного слоя. 2 ил., 1 пр.
Способ тренировки ведут путем подачи высокого напряжения постоянного тока на полный межконтактный зазор ступенями, начиная с 0,3…0,5 номинального рабочего напряжения. Одновременно создают вдоль направления зазора поле постоянного магнита, величину напряженности которого плавно повышают от нуля до момента установления предпробойного тока через межконтактный зазор порядка 0,6…0,8 от величины пробойного тока при испытательном напряжении. Выдерживают зазор при установленном напряжении до снижения по крайней мере в 2…3 раза предпробойного тока от измеренного вначале на первой ступени тренировки. Величину напряженности магнитного поля снижают до нуля, устанавливают следующую ступень тренирующего напряжения. Вновь плавно повышают величину напряженности магнитного поля от нуля до достижения величины предпробойного тока, имевшей место вначале на первой ступени. Указанный цикл повторяют на следующих ступенях. На последней ступени тренирующее напряжение устанавливают в 1,2…1,5 раза выше испытательного. Процесс повторяют при обратной полярности приложенного к зазору высокого напряжения и обратном направлении поля постоянного магнита. Технический результат - снижение распыления материала контактов и повышение электрической прочности и надежности работы пр снижении потребления электроэнергии. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к вакуумному прерывателю в вакуумном выключателе для выполнения операции по гашению дуги. Согласно изобретению предусматривается притягивающий элемент, изготовленный из ферромагнитного материала, для образования пространства между неподвижным электродом и подвижным электродом для притягивания радиального магнитного поля, сгенерированного в радиальном направлении между неподвижным электродом и подвижным электродом посредством притягивающего элемента. На внешней окружной поверхности изолированного контейнера ступенчатым образом сформирована опорная канавка для поддержания, вставленного в нее притягивающего элемента, в осевом направлении, которое является направлением передвижения подвижного электрода. Высота притягивающего элемента в осевом направлении не меньше, чем максимальное расстояние между неподвижным электродом и подвижным электродом. При этом составляющая радиального магнитного поля в общем горизонтальном направлении между неподвижным электродом и подвижным электродом может быть увеличена. Технический результат - увеличение движущей силы дуги за счет минимизации дуги в не строго горизонтальном направлении. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

Контакт для вакуумного прерывателя содержит: множество вырезов, проходящих к внешней периферийной поверхности от множества положений, соответственно, отнесенных от центра контактной поверхности; лепесток, сформированный между парой смежных вырезов так, чтобы минимизировать механическую хрупкость части, имеющей малую ширину в лепестке, вызывая вращательное движение дуги. При этом каждая часть выреза содержит: первую оконечную часть, которая закрыта и примыкает к центру; вторую оконечную часть, которая открыта и примыкает к внешней периферийной поверхности; первую часть выреза, проходящую линейно от первой оконечной части; и вторую часть выреза, проходящую линейно ко второй оконечной части, изгибаясь от первой части выреза под заданным углом, который больше или равен 30 градусам и меньше или равен 60 градусам. Расстояние от внешней периферийной поверхности центральной углубленной части контакта до первой части выреза составляет заданное первое расстояние, большее нуля и меньшее или равное 5 мм Технический результат - обеспечение высоких характеристик гашения и снижение механической деформации контакта, имеющего достаточно высокую длину лепестка при небольшом диаметре контакта. 2 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение касается контактной системы вакуумного выключателя, в межконтактном объеме которой используют жидкометаллическое рабочее тело. В геометрических центрах подвижного и неподвижного контактов выполнены глухие цилиндрические отверстия, а в отверстие подвижного контакта и на его контактирующую поверхность помещено жидкометаллическое рабочее тело. При включении выключателя подвижный контакт приходит в движение и жидкометаллическое рабочее тело приобретает кинетическую энергию и при соприкосновении контактов перемещается в глухое цилиндрическое отверстие неподвижного контакта, а затем под действием силы тяжести перемещается обратно в глухое цилиндрическое отверстие подвижного контакта. Технический результат - снижение перенапряжений при коммутациях и тока среза, а также повышение пробивного напряжения в отключенном положении выключателя, что повышает надежность срабатывания и снижает потери электроэнергии при протекании тока нагрузки. 1 ил.

Изобретение относится к силовой коммутационной аппаратуре и предназначено для использования в вакуумных выключателях и контакторах постоянного и переменного тока. Вакуумный выключатель тока содержит дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами, снабженными кольцевыми контактами. Электроды прикреплены к корпусу камеры, причем подвижный электрод прикреплен при помощи токоввода и металлической гофры. Внутри дугогасительной камеры, на уровне расположения контактов, закреплен цилиндрический экран. Снаружи, к корпусу дугогасительной камеры, со стороны неподвижного электрода, на уровне расположения промежутка между контактами, прикреплен при помощи диэлектрического кольца постоянный магнит. Этот магнит выполнен в форме радиально намагниченного кольца, формируя между контактами поперечно-радиальное оси поле. Технический результат: увеличение напряженности магнитного поля между кольцевыми контактами, улучшение коммутационных характеристик. 1 ил.

Контакт для высоковольтной вакуумной дугогасительной камеры содержит проводящую соединительную деталь, кольцевой внешний контакт и внутренний контакт, расположенный внутри кольца внешнего контакта и не контактирующий с внешним контактом, а также содержит проводящую соединительную деталь. Внутренний контакт и внешний контакт соосны, причем контактная поверхность внутреннего контакта находится в той же плоскости, что и контактная поверхность внешнего контакта. Внешний контакт прикреплен к проводящей соединительной детали. Средство осевого магнитного поля закрыто снаружи проводящей соединительной детали для генерирования осевого магнитного поля. Средство осевого магнитного поля жестко соединено с проводящей соединительной деталью. Внутренний контакт прикреплен к проводящей соединительной детали, при этом средство кольцевого магнитного поля закрыто снаружи проводящей соединительной детали для генерирования кольцевого магнитного поля. Технический результат - быстрое затухание электрической дуги в высоковольтных условиях, что снижает нагрев вакуумной дугогасительной камеры. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх