Сильноточный замыкатель многократного действия



Сильноточный замыкатель многократного действия
Сильноточный замыкатель многократного действия

 


Владельцы патента RU 2515513:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)

Изобретение относится к сильноточной коммутирующей аппаратуре многократного действия, работающей в цепях постоянного и переменного тока, и может быть использовано в системах питания электрофизических установок. Сильноточный замыкатель содержит внутренний и внешний коаксиальные неподвижные контактные электроды, дисковый подвижный контактный электрод с кольцеобразным контактом и катушку индуктора, размещенные в диэлектрическом корпусе, поверх которого над индуктором установлена крышка корпуса. Кольцеобразный контакт изготовлен из отдельных независимых ламелей и закреплен на опорном диске подвижного контактного электрода. Между опорным диском и ламелями установлены упругие элементы. Неподвижные контактные электроды выполнены съемными и снабжены каналами охлаждения. К контактным поверхностям подвижного и неподвижного контактных электродов прикреплены пластины, выполненные из материала с высокой электропроводностью. Крышка корпуса, установленная над катушкой индуктора, выполнена с внутренней полостью и соединена рядом отверстий, выполненных в корпусе индуктора, с объемом над подвижным контактным электродом. При этом в неподвижном внутреннем контактном электроде выполнена полость, увеличивающая газовый объем полости под подвижным контактным электродом, а в корпусе индуктора, в его осевой части, установлен газовый клапан. Технический результат - возможность коммутации электрических цепей мощных источников питания при длительном протекании больших токов с обеспечением при этом высокого быстродействия, низкого переходного сопротивления контактной группы, увеличения ресурса и надежности в работе. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

.

 

Изобретение относится к электротехнике, к разделу сильноточной коммутирующей аппаратуры многократного действия, работающей в цепях постоянного и переменного тока, и может быть использовано в системах питания электрофизических установок, например в установках термоядерного синтеза как в оперативных цепях, так и в цепях защитных переключений.

Характерным для этой области электрофизики является необходимость коммутирования электрических цепей мощных источников, питающих электрические обмотки различного функционального назначения, которые формируют сверхсильные электромагнитные поля.

В этой связи к коммутирующей аппаратуре в этих установках предъявляются особо жесткие требования к качеству таких параметров, как быстродействие, минимизация переходного сопротивления контактной группы, переключение больших мощностей, максимально возможные ресурс и надежность в работе.

Технической задачей предлагаемого изобретения является максимальное удовлетворение вышеперечисленных требований к коммутирующему аппарату.

Известно устройство [1], содержащее внутренний и внешний коаксиальные неподвижные токоподводы, подвижный цилиндрический разрезной ламельный контакт, жестко соединенный с токоподводом, цилиндрическую разрезную ламельную цангу, изоляционный корпус, заполненный сжатым газом, катушку электродинамического привода. Объем, образованный цилиндрическим выступом цанги и уплотнением, соединен с атмосферой дросселем со сквозным отверстием. Внутренний объем замыкателя заполнен газом под давлением.

Данная конструкция не позволяет использовать замыкатель в цепях с постоянным протеканием тока по причине отсутствия принудительного охлаждения контактной системы. Это можно считать основным недостатком конструкции. К другим недостаткам можно отнести значительное переходное сопротивление контактной группы (замыкание осуществляется посредством цилиндрической разрезной ламельной цанги), а также значительный расход сжатого газа в замкнутом положении аппарата из-за применения дросселя со сквозным отверстием. Кроме того, конструкция контактной группы не исключает возможности заклинивания подвижного контакта.

Наиболее близким к заявленному по конструкции является сильноточный коммутирующий аппарат, содержащий внутренний и внешний коаксиальные неподвижные контактные электроды, дисковый подвижный контактный электрод с кольцеобразным контактом и катушку индуктора, размещенные в диэлектрическом корпусе, поверх которого над индуктором установлена крышка корпуса. Межкорпусное пространство разделено мембраной на две герметичные полости (над мембраной и под мембраной). Для напуска сжатого газа в эти полости в корпусе предусмотрены отверстия.

Конструкция данного аппарата представляется более надежной в сравнении с конструкцией предыдущего (аналога), и аппарат позволяет коммутировать импульсные токи большей величины (поверхности контактной пары выполнены коническими), но как и аналог, она не предполагает работу в цепях с постоянным протеканием больших токов, т.к. отсутствует принудительное охлаждение контактной группы. Кроме того, конструктивное исполнение неподвижных контактов вместе с токоподводами не предоставляет возможности их замены при выгорании.

Устранение перечисленных недостатков, а также ряд других конструктивных решений, предлагаемых авторами в конструкции замыкателя, в котором кольцеобразный контакт изготовлен из отдельных независимых ламелей и закреплен на опорном диске подвижного контактного электрода, между опорным диском и ламелями установлены упругие элементы, выполненные в виде тарельчатых пружин или резиновых колец, неподвижные контактные электроды выполнены съемными и снабжены каналами охлаждения, к контактным поверхностям подвижного и неподвижных контактных электродов прикреплены пластины, выполненные из материала с высокой электропроводностью (например, из серебра), крышка корпуса, установленная над катушкой индуктора, выполнена с внутренней полостью и соединена рядом отверстий, выполненных в корпусе индуктора с объемом над подвижным контактным электродом, при этом в неподвижном внутреннем контактном электроде выполнена полость, увеличивающая газовый объем полости под подвижным контактном электродом, а в корпусе индуктора, в его осевой части, установлен газовый клапан, позволяют применять данный замыкатель для коммутации электрических цепей источников питания при длительном протекании больших токов, обеспечивая при этом высокое быстродействие, низкое переходное сопротивление контактной группы, значительный ресурс и высокую надежность в работе, что является техническим результатом предлагаемого изобретения.

Замыкатель разрабатывается в рамках международного проекта термоядерного реактора ИТЭР и предназначен для коммутации сверхсильных электрических цепей систем питания электрических обмоток токамака. Расчетные параметры замыкателя:

1. Номинальный ток - 60 кА

2. Номинальное напряжение - 10 кВ

3. Длительность протекания номинального тока - постоянно

4. Время срабатывания замыкателя - 2±0,5 мс.

На чертеже (фиг.1) показан предлагаемый замыкатель (сборка), а на чертеже (фиг.2) показана (укрупненно) основная часть замыкателя (зона контактной группы).

Замыкатель состоит из диэлектрических корпусов 1 и 2, двухтокопроводов верхнего 3 и нижнего 4 с установленными на них съемными коаксиальными неподвижными контактными электродами 5 и 6, индуктора 7, крышки 8 и дискового подвижного электрода 9.

Внешний коаксиальный неподвижный контактный электрод 5 закреплен на верхнем токопроводе 3, а внутренний коаксиальный неподвижный контактный электрод 6 закреплен на нижнем токопроводе 4. Неподвижные контактные электроды и токоподводы снабжены каналами охлаждения 10.

Дисковый подвижный контактный электрод состоит из опорного диска 11 с кольцевым зубом 12 в верхней его части, кольцеобразного контакта 16, состоящего из ряда независимых ламелей 13 с упругими элементами 14 в виде тарельчатых пружин, обоймы 15, кольцевой мембраны 17, разделяющей внутреннюю полость замыкателя на две части - верхнюю - высокого давления 18 и нижнюю - низкого давления 19.

На контактные поверхности неподвижных контактных электродов 5 и 6, а также на независимые ламели 13 прикреплены пластины из серебра 19.

Индуктор 7 состоит из корпуса 20, катушки индуктора 21, газового клапана 22. Клапан служит для отвода в атмосферу небольшого количества газа, попавшего через уплотнение, образованное кольцевым зубом 12, в полость между опорным диском 11 и корпусом индуктора 20, когда замыкатель разомкнут, и препятствует выходу большого объема газа из замыкателя после срабатывания.

В крышке 8, установленной над индуктором, образована дополнительная полость 23, соединенная рядом отверстий 24 с верхней полостью замыкателя 17. Это сделано для того, чтобы уменьшить спад давления газа в верхней полости замыкателя при движении мембраны вниз. Еще одна дополнительная полость 25 создана в нижней части замыкателя. Она уменьшает возрастание давления в нижней полости при движении подвижного контакта вниз.

Замыкатель работает следующим образом.

По команде на замыкание специальное электронное устройство (на схеме не показано) формирует в катушке индуктора 21 токовый импульс амплитудой порядка 20 кА и длительностью менее 5 мс. Под действием электродинамических сил опорный диск 11 отталкивается от индуктора 7 и в образовавшийся зазор проходит газ из полости высокого давления 17. Под действием разности давлений, действующих на дисковый подвижный контактный электрод 9 сверху и снизу, опорный диск перемещается вниз. Установленный на нем кольцеобразный контакт, состоящий из ряда независимых ламелей 13, входит в соприкосновение с коаксиальными неподвижными контактными электродами 5 и 6 и замыкает электрическую цепь.

Возврат замыкателя в исходное положение.

Для приведения замыкателя в исходное положение в нижнюю полость замыкателя 18 подается газ по давлением. Дисковый подвижный контактный электрод 9 перемещается вверх, и кольцевой зуб 12 опорного диска 11 упирается в нижнюю поверхность корпуса индуктора 20. В кольцевой полости, ограниченной зубом 12 опорного диска 11, устанавливается атмосферное давление, так как газ из нее выходит через газовый клапан 22. Затем газ подается в верхнюю полость 17 замыкателя. Давление газа над кольцевой мембраной 16 должно быть несколько атмосфер больше, чем давление под ней. Замыкатель готов к работе.

Литература

1. Доклад 2-й Всесоюзной конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов. Ленинград, 1981 г., июнь 23÷25, том 3, стр.133.

2. Патент SU №1559956, кл. Н01Н 33/00. Опубликован 15.10.1994 г., БИ №19, с.195.

1. Сильноточный замыкатель, содержащий внутренний и внешний коаксиальные неподвижные контактные электроды, дисковый подвижный контактный электрод с кольцеобразным контактом и катушку индуктора, размещенные в диэлектрическом корпусе, поверх которого над индуктором установлена крышка корпуса, отличающийся тем, что кольцеобразный контакт изготовлен из отдельных независимых ламелей и закреплен на опорном диске подвижного контактного электрода, между опорным диском и ламелями установлены упругие элементы, неподвижные контактные электроды выполнены съемными и снабжены каналами охлаждения, к контактным поверхностям подвижного и неподвижных контактных электродов прикреплены пластины, выполненные из материала с высокой электропроводностью, крышка корпуса, установленная над катушкой индуктора, выполнена с внутренней полостью и соединена рядом отверстий, выполненных в корпусе индуктора, с объемом над подвижным контактным электродом, при этом в неподвижном внутреннем контактном электроде выполнена полость, увеличивающая газовый объем полости под подвижным контактным электродом, а в корпусе индуктора, в его осевой части, установлен газовый клапан.

2. Сильноточный замыкатель по п.1, отличающийся тем, что упругие элементы выполнены в виде тарельчатых пружин.

3. Сильноточный замыкатель по п.1, отличающийся тем, что упругие элементы выполнены в виде резиновых колец.

4. Сильноточный замыкатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала с высокой электропроводностью для прикрепляемых к контактным поверхностям пластин использовано серебро.

5. Сильноточный замыкатель по п.1, отличающийся тем, что с целью повышения электрической прочности для заполнения нижней полости используется элегаз.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутационным аппаратам, и предназначено для отключения аварийных токов. .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутационным аппаратам, в частности к сильноточным аппаратам, и предназначено для отключения как больших, так и малых токов, например, для выключателей, защищающих электрооборудование городского электротранспорта от токов короткого замыкания.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям электроизоляционных тяг, и может быть использовано в высоковольтных коммутационных аппаратах.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям вакуумных выключателей, и может быть использовано в распределительных устройствах, трансформаторных подстанциях и в составе другого электрооборудования, в том числе взрывозащищенного.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к элементам конструкций высоковольтных коммутационных устройств, а именно к пружинным приводам, предназначенным для управления высоковольтными выключателями.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты электрооборудования от токов короткого замыкания и перегрузок. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для коммутации электрических цепей постоянного тока. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высоковольтным электрическим аппаратным комплексам, и может быть использовано в электрических сетях напряжением 35 кВ и выше.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к разъединителям высокого напряжения, токоведущие системы каждого полюса которых содержат два полуножа, жестко присоединенные к верхним торцам своих опорных поворотных изоляторов, и шарнирно закрепленные на них контактные выводы.

Изобретение относится к электротехнике и касается способа отключения электрической цепи коммутационным аппаратом, токоведущий контур которого состоит из двух параллельных ветвей с разной отключающей способностью, каждая из которых содержит, по крайней мере, по одному дугогасительному устройству.

Изобретение относится к дугогасительным камерам высоковольтных пневматических и электромагнитных контакторов электроподвижного состава. Высоковольтная дугогасительная камера содержит спаренные изоляционные стенки, образующие между собой входную щель в зоне предварительного растяжения дуги, дугогасительных устройств в зоне гашения дуги, верхний и нижний рога, два магнитных полюса, перфорированную изоляционную пластину, вставленную в паз на выходе камеры. Спаренные изоляционные стенки спрессованы каждая как единое целое из отдельно расположенных различных дугогасительных материалов, а дугогасительные устройства выполнены в виде решетки с пластинами, которые имеют клинообразный вырез, начинаются с двух различных уровней и при вхождении в эту решетку дуга разбивается на короткие участки в два приема и гаснет внутри камеры, не успевая нагревать ее спаренные стенки. Техническим результатом является повышение отключающей способности контакторов и снижение коммутационных перенапряжений. 6 ил.

Изобретение относится к вакуумным выключателям и может быть использовано в вакуумных дугогасительных камерах высокого напряжения. Контактная система вакуумной дугогасительной камеры содержит соосно расположенные подвижный и неподвижный контактные узлы, каждый из которых состоит из токоподвода в виде стержня и присоединенной к нему контактной детали с плоской поверхностью контактирования. В центре плоской поверхности контактирования подвижного контактного узла выполнено углубление, а в центре плоской поверхности контактирования неподвижного контактного узла закреплен выступающий над поверхностью цилиндрический контакт, который выполнен из спрессованной смеси порошков с высокой и низкой удельной электропроводностью так, что концентрация порошка с высокой удельной электропроводностью монотонно убывает от закрепленного конца цилиндрического контакта до свободного. Соосно расположенные углубление и цилиндрический контакт выполнены с размерами, обеспечивающими их электрическое соединение. Технический результат - предотвращение возникновения дуги при размыкании контактных узлов и, как следствие, предотвращение их эрозионного разрушения, повышение ресурса и надежности конструкции контактной системы вакуумной дугогасительной камеры. 2 ил.

Газонаполненный аппарат включает закрепленные на общей опорной раме (1) расположенные один за другим, по крайней мере, три полюса, каждый из которых содержит выключатель, размещенный в горизонтально расположенном корпусе (2), и блоки, включающие ввод (4) с узлом вывода (5). По крайней мере, один блок каждого полюса содержит разъединитель, установленный в газонаполненном корпусе (3), который соединен с основанием ввода (4). Каждый блок с разъединителем снабжен внешним заземлителем, выполненным в виде неподвижного контакта (6) и взаимодействующего с ним поворотного контакта (7). Поворотные контакты (7) внешних заземлителей связаны между собой и с приводом заземлителей механизмом поворота и шарнирно установлены при помощи элементов механизма поворота на боковых поверхностях газонаполненных корпусов (3) разъединителей. Неподвижные контакты (6) закреплены на узлах выводов (5) вводов (4) так, что при взаимодействии контактов (6, 7) поворотные контакты (7) располагаются вдоль вводов (4). Технический результат - уменьшение габаритов и металлоемкости аппарата. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх