Система коммутационного аппарата с раствором контактов
Система коммутационного аппарата имеет изоляционное сопло (7), окружающее по меньшей мере частично раствор (2) контактов. Сопловой канал (8) изоляционного сопла (7) входит выходным отверстием (13) в объем (10) нагревания газа. Внутри объема (10) нагревания газа расположен дефлекторный элемент (15а, 15b, 15c), который ограничивает дефлекторный канал (14а, 14b, 14c), имеющий участок (16), который ограничен боковой поверхностью, имеющей форму усеченного конуса. Участок (16) дефлекторного канала имеет поперечное сечение, расширяющееся в направлении испускания коммутационного газа в объем (10) нагревания газа, и образует переход между по существу цилиндрической боковой поверхностью и суженным участком. Технический результат - возможность эффективного заполнения и опустошения объема нагревания газа коммутационным газом в течение коротких интервалов времени. 14 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к системе коммутационного аппарата, содержащей окружающее по меньшей мере частично раствор контактов изоляционное сопло с каналом сопла, который входит в объем нагревания газа, в котором расположен дефлекторный элемент с дефлекторным каналом, при этом испускаемый из канала сопла в направлении испускания в объем нагревания газа гасящий газ направляется в дефлекторный канал.
Такая система коммутационного аппарата известна, например, их реферата патента Японии JP 02-086023. В нем приведено описание системы коммутационного аппарата, которая имеет объем нагревания газа. Сопловой канал изоляционного сопла входит в объем нагревания газа. Для отклонения и управления газовыми потоками в объеме нагревания газа внутри объема нагревания газа расположен дефлекторный элемент с дефлекторным каналом. Выходящий из соплового канала поток коммутационного газа направляется в дефлекторный канал дефлекторного элемента. Однако при этом на основании положения дефлекторного канала и соплового канала относительно друг друга лишь часть коммутационного газа направляется в дефлекторный канал.
В частности, в зоне перехода от соплового канала к дефлекторному каналу могут возникать завихрения в испускаемом в объем нагревания газа коммутационном газе.
На основании завихрения происходит относительно неравномерное вхождение коммутационного газа в объем нагревания газа. В частности, при коротких интервалах времени, в которые необходимо выполнять заполнение или опустошение объема нагревания газа, такое завихрение может сказываться уже в зоне входа соплового канала так, что отдельные зоны объема нагревания газа завихряются сильнее, в то время как другие участки объема нагревания газа претерпевают лишь уменьшенное завихрение.
Поэтому задачей изобретения является создание системы коммутационного аппарата, которая обеспечивает возможность эффективного заполнения или опустошения объема нагревания газа коммутационным газом внутри коротких интервалов времени.
Эта задача решена согласно изобретению в системе коммутационного аппарата указанного вначале вида тем, что дефлекторный канал имеет участок, который в направлении испускания, имеет расширяющееся поперечное сечение.
За счет расширения площади поперечного сечения дефлекторного канала в направлении испускания обеспечивается возможность быстрого направления входящего коммутационного газа из зоны входа соплового канала в более отдаленные зоны объема нагревания газа. При прохождении потока коммутационного газа внутри дефлекторного канала возможно, что из-за возникающего внутри дефлекторного канала трения о стенки происходит уменьшение скорости потока. При предусмотрении расширяющегося поперечного сечения в направлении испускания можно направлять коммутационный газ непрерывно или скачкообразно через зоны различного сопротивления потоку. Таким образом, можно также направлять быстро большие количества через дефлекторный канал.
При этом может быть предусмотрено, что дефлекторный канал имеет соответствующее расширение своего поперечного сечения. Однако это расширение не обязательно выполняется также с наружной боковой стороны дефлекторного канала. При соответствующем профилировании канала, например внутри цилиндрического основного элемента, форма дефлекторного элемента с наружной стороны может отклоняться от хода изменения поперечного сечения дефлекторного канала.
В одном предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что, например, предусмотрена приблизительно одинаковая толщина наружной стенки дефлекторного элемента, так что ход изменения ограничивающей дефлекторный канал стенки отображается также на наружной поверхности дефлекторного элемента. Для расширения поперечного сечения участка дефлекторный элемент может быть выполнен, например, в форме воронки. Внутренняя стенка в расширяющемся участке может быть выполнена цилиндрической, изогнутой, конической и т.д.
В одном предпочтительном варианте выполнения может быть дополнительно предусмотрено, что участок ограничен имеющей форму усеченного конуса боковой поверхностью.
Наряду с непрерывным расширением поперечного сечения дефлекторного канала по его длине может быть также предусмотрено, что дефлекторный канал разделен на различные участки, при этом по меньшей мере один из участков имеет прохождение в форме усеченного конуса, в частности полого усеченного конуса. Так, например, возможно, что в дефлекторный канал выступает вставной элемент, за счет чего может быть образована кольцеобразная структура, и при соответствующем придании формы может быть образован участок в форме полого усеченного конуса. Так, например, может быть предусмотрено, что при непрерывном расширении поперечного сечения дефлекторного канала он имеет на всей своей длине форму полого усеченного конуса или же имеет такую форму лишь на определенных участках. В зоне имеющего форму полого усеченного конуса участка дефлекторного канала толщина стенки дефлекторного элемента может изменяться или же может быть выполнена приблизительно постоянной.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что участок ограничен скачкообразно расширенной цилиндрической боковой поверхностью.
Наряду с непрерывно расширяющимся участком, например, выполненным в виде воронки участком, который представляет переход между примыкающими к этому участку зонами дефлекторного канала, может быть также предусмотрено, что скачкообразные расширения предусмотрены в дефлекторном канале. Так, например, возможно, что канал имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность, при этом участки с различными диаметрами непосредственно граничат друг с другом, и тем самым в ходе дефлекторного канала образована выступающая кромка, на которой дефлекторный канал скачкообразно расширяется в направлении испускания.
При предусмотрении скачкообразного расширения возможно создание в коротком конструктивном пространстве быстрого расширения поверхности поперечного сечения в ходе дефлекторного канала. Так, например, возможность скачкообразного расширения коммутационного газа обеспечивается уже внутри дефлекторного канала. Уже при прохождении потока через дефлекторный канал можно создавать в потоке коммутационного газа волны давления и т.д., которые могут оказывать влияние на характеристики потока коммутационного газа в дефлекторном канале и тем самым на характеристики испускания коммутационного газа из соплового канала.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что сопловой канал в зоне выходного отверстия имеет уменьшение поперечного сечения.
Сопловой канал входит, например, в виде кольцевого канала или канала с круглым поперечным сечением в поверхность объема нагревания газа. При этом выходное отверстие входящего соплового канала и входное отверстие дефлекторного канала могут быть направлены приблизительно коаксиально напротив друг друга с целью обеспечения возможности легкого входа испускаемого из соплового канала коммутационного газа в дефлекторный канал. Если в зоне выходного отверстия соплового канала предусмотрено дополнительное уменьшение поперечного сечения, например, в виде сопла, в частности сопла Вентури, то коммутационный газ может дополнительно ускоряться и более целенаправленно испускаться в направлении входного отверстия дефлекторного канала. Уменьшение поперечного сечения может быть предусмотрено, например, так, что сопловой канал на своем последнем участке в направлении выходного отверстия имеет приблизительно постоянное поперечное сечение, после чего происходит непрерывное сужение поперечного сечения в выходном отверстии, так что выходное отверстие имеет наименьшее поперечное сечение в виде узкого места сопла. Между выходным отверстием и входным отверстием предпочтительно происходит свободное испускание коммутационного газа. За счет взаимодействия направленных противоположно друг другу узких мест сопла выходного отверстия и входного отверстия образуется сопло Вентури, уменьшенное отверстие которого лежит между выходным отверстием и входным отверстием. Уменьшенное отверстие предпочтительно выполнено кольцеобразным.
Так, например, может быть предусмотрено, что в зоне выходного отверстия в сопловом канале выполнены соответствующие выступающие заплечики, выпуклые приливы или аналогичные структуры.
За счет соплового действия выходного отверстия испускаемый коммутационный газ сжимается в фокусной точке.
Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено, что участок образует переход между по существу цилиндрической боковой поверхностью и суженным участком.
Участок с расширяющимся поперечным сечением может входить, например, в цилиндрический участок, соответственно переходить в него. Кроме того, к участку может примыкать суженный участок, так что происходит двухступенчатое расширение поперечного сечения в направлении потока дефлекторного канала. Входное отверстие соплового канала может быть расположено, например, на сужающемся участке, так что предусмотрено, по меньшей мере, двухступенчатое расширение поперечного сечения в направлении испускания перед по существу полым цилиндрическим участком дефлекторного канала. Тем самым сравнительно уменьшается имеющаяся в распоряжении площадь поперечного сечения входного отверстия дефлекторного канала, так что при соответствующей фокусировке выходящего коммутационного газа обеспечивается возможность быстрого вхождения потока с небольшими завихрениями в дефлекторный канал. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы возможно большая часть испускаемого коммутационного газа из соплового канала входила в дефлекторный канал. Тем самым уменьшаются завихрения в зоне между выходным отверстием соплового канала в объеме нагревания газа и входным отверстием дефлекторного канала. На основании, по меньшей мере, двухступенчатого расширения дефлекторного канала обеспечивается возможность предварительной задержки в зоне выходного отверстия соплового канала в объеме нагревания газа изоляционного газа, который сначала почти не завихряется, соответственно не смешивается с коммутационным газом. За счет этого обеспечивается разделение находящегося в объеме нагревания газа изоляционного газа и свободно испускаемого в объем нагревания газа коммутационного газа. Это разделение можно при необходимости устранять в более поздний момент времени или же сохранять во время процесса заполнения или опустошения объема нагревания газа коммутационным газом.
Между стенкой объема нагревания газа, в которой находится выходное отверстие соплового канала, и дефлекторным элементом с входным отверстием предусмотрено расстояние. За счет этого возможен свободный переход коммутационного газа из соплового канала в дефлекторный канал. Через находящийся между выходным отверстием и входным отверстием зазор может выходить при излишнем давлении или торможении испускаемый в объем нагревания газа коммутационный газ. В этом случае происходит также более сильное смешивание коммутационного газа и изоляционного газа в дефлекторном канале.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что суженный участок на свободном, обращенном к сопловому каналу конце представляет уменьшение поперечного сечения.
Для осуществления целенаправленного направления коммутационного газа суженный участок на своем обращенном к сопловому каналу конце может представлять дополнительное сужение, так что образуется дополнительное узкое место сопла. Это узкое место сопла может быть сформировано, например, в виде сопла Вентури. За счет этого узкого места сопла обеспечивается возможность ускорения входящего коммутационного газа в зоне входного отверстия дефлекторного канала и последующего расширения на участке с расширяющимся поперечным сечением. В частности, во взаимодействии соплообразного выходного отверстия соплового канала и соплообразного входного отверстия дефлекторного канала можно осуществлять отклонение и направление коммутационных газов на участке между выходным отверстием изоляционного сопла и входным отверстием дефлекторного элемента. Таким образом, обеспечивается, с одной стороны, благоприятное отклонение выходящего коммутационного газа из изоляционного сопла в дефлекторный канал. С другой стороны, на основании свободного направления пучка коммутационного газа внутри объема нагревания газа обеспечивается возможность, в случае неисправности, выхода коммутационного газа в свободное пространство между выходным отверстием соплового канала и входным отверстием дефлекторного канала. Тем самым уменьшается, например, опасность разрушения изоляционного сопла или же дефлекторного элемента, или других конструктивных элементов вследствие чрезмерного давления.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что в боковой поверхности дефлекторного элемента расположены радиально направленные отверстия.
Радиальное расположение отверстий в дефлекторном элементе обеспечивает возможность выхода газов на длине дефлекторного элемента из дефлекторного канала через сквозные отверстия и возможность их отвода. Так, например, возможно после почти полного перехода коммутационного газа из соплового канала в дефлекторный канал по меньшей мере часть коммутационного газа выпускать через отверстия в радиальном направлении и тем самым обеспечивать быстрое заполнение зон объема нагревания газа, которые находятся на расстоянии от выходного отверстия соплового канала.
Предпочтительно может быть предусмотрено, что напротив по меньшей мере одного отверстия расположена ориентированная наклонно отражательная стенка.
Наклонная отражательная стенка обеспечивает возможность отклонения выходящих в радиальном направлении гасящих газов. За счет наклонной ориентации отражательных стенок обеспечивается возможность уменьшения сопротивления потоку внутри объема нагревания газа. Так, например, может быть предусмотрено отклонение через радиальные отверстия в дефлекторном элементе долей коммутационного газа на 90° в радиальном направлении и после столкновения с отражательной стенкой еще на 90°, так что можно создавать поворот на 180° к направлению испускания, по меньшей мере, части коммутационного газа. Отражательная стенка может быть выполнена, например, так, что она проходит в виде внутренней поверхности полого усеченного конуса или другого подходящего тела вращения вокруг дефлекторного элемента, при этом, например, несколько выпускных отверстий расположено кольцеобразно вдоль отражательной стенки.
Кроме того, может быть предпочтительно предусмотрено, что отверстия расположены в цилиндрической боковой поверхности.
Расположение отверстий в цилиндрическом участке обеспечивает сначала возможность быстрого протекания в расширяющейся зоне поперечного сечения дефлекторного канала. Таким образом, входящие коммутационные газы уже успокаиваются внутри дефлекторного канала с целью выхода в зоне участка с цилиндрической наружной поверхностью, который имеет в своем ходе почти постоянную площадь поперечного сечения, через множество отверстий в радиальном направлении из дефлекторного канала. Наряду с отклонением коммутационного газа в радиальных направлениях, может быть предусмотрено, что, по меньшей мере, часть коммутационного газа выходит в направлении испускания из выпускного отверстия дефлекторного канала, которое ориентировано по существу параллельно входному отверстию.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения может быть предусмотрено, что дефлекторный элемент удерживается на своем противоположном изоляционному соплу конце.
Односторонняя опора дефлекторного элемента обеспечивает возможность свободного выступания зоны дефлекторного элемента, которая обращена к выходному отверстию соплового канала, в объем нагревания газа. За счет этого можно выполнять расположенную там зону независимо от механических удерживающих приспособлений с подходящей обтекаемой формой. Тем самым, в частности, при выходе коммутационного газа в радиальном направлении этот коммутационный газ можно на стороне наружной поверхности снова направлять в дефлекторном элементе назад в направлении изоляционного сопла и там, например через свободное пространство, которое находится между расположенными на расстоянии друг от друга выходным отверстием изоляционного сопла и входным отверстием дефлекторного канала, входить в сопловой канал. Таким образом, можно направлять коммутационный газ почти без завихрений из соплового канала изоляционного сопла в дефлекторный канал и там отклонять коммутационный газ в радиальном направлении с целью его прохождения в противоположном направлении по наружной поверхности дефлекторного элемента снова в направлении соплового канала. Обратный поток может предпочтительно проходить также по наружной боковой поверхности участка с расширяющимся поперечным сечением, при этом имеющееся в этой зоне для обратного потока поперечное сечение расширяется противоположно направлению испускания. Предпочтительно это достигается при ротационно-симметричной форме дефлекторного элемента, при этом толщина стенки дефлекторного элемента выбирается так, что форма дефлекторного канала отображается на наружной боковой поверхности дефлекторного элемента.
В зависимости от количества отверстий и положения отверстий в дефлекторном элементе можно перед вхождением потока коммутационного газа в дефлекторный канал удерживать находящийся внутри объема нагревания газа холодный изоляционный газ почти без смешивания с горячим коммутационным газом. Таким образом, этот холодный изоляционный газ испытывает лишь небольшое влияние со стороны горячего коммутационного газа относительно своих диэлектрических свойств. С помощью коммутационной системы достигается благоприятное гасящее действие тем, что холодный изоляционный газ вытесняется из направляемого внутри дефлекторного канала и затем отклоняемого горячего коммутационного газа из объема нагревания газа.
Соединение дефлекторного элемента может быть выполнено, например, в виде единого целого с контакт-деталью. Однако может быть также предусмотрено, что дефлекторный элемент соединяется с помощью свинчивания, сварки или другого подходящего способа соединения с другими конструктивными элементами системы коммутационного аппарата. При этом дефлекторный элемент может иметь, например, электрически проводящие или электрически изоляционные свойства.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что объем нагревания газа расположен между первой и второй коаксиально ориентированной контакт-деталью.
Системы коммутационных аппаратов, которые предусмотрены для коммутации больших мощностей, обычно снабжены комплектом контакт-деталей электрической дуги, а также номинального тока. При этом контакт-детали номинального тока и контакт-детали электрической дуги выполнены отлично друг от друга. Так, например, предусмотрено, что контакт-детали электрической дуги предпочтительно служат для направления электрической дуги и поэтому имеют, соответственно, стойкие к обгоранию зоны поверхности. Контакт-детали номинального тока, которые с помощью контакт-деталей электрической дуги защищены от электрической дуги, могут быть оптимированы относительно электрической нагрузочной способности по току, поскольку возникновение электрической дуги на этих контакт-деталях номинального тока является скорее невероятным.
При этом обычно предусмотрено, что в процессе включения сначала происходит гальваническое контактирование контакт-деталей электрической дуги, а затем контактирование контакт-деталей номинального тока, и в процессе выключения происходит сначала размыкание контакт-деталей номинального тока, а затем размыкание контакт-деталей электрической дуги. На основании опережающего, соответственно запаздывающего, контактирования/ размыкания контакт-деталей электрической дуги предварительные пробои и электрические дуги при выключении предпочтительно направляются между контакт-деталями электрической дуги. При этом может быть предусмотрено, что согласованные друг с другом контакт-детали номинального тока и электрической дуги ориентированы коаксиально друг другу. Имеющие независимо от состояния коммутации системы коммутационного аппарата одинаковый потенциал контакт-детали номинального тока предпочтительно окружают контакт-детали электрической дуги. При этом контакт-детали номинального тока и электрической дуги предпочтительно выполнены ротационно-симметричными, так что контакт-деталь электрической дуги окружена контакт-деталью номинального тока, при этом между внутренней боковой поверхностью контакт-детали номинального тока и наружной боковой поверхностью контакт-детали электрической дуги предусмотрено позиционирование объема нагревания газа. При этом предпочтительно, когда ограничивающие боковые поверхности объема нагревания газа образованы контакт-деталью электрической дуги, соответственно контакт-деталью номинального тока. Торцевые поверхности подлежат закрыванию, соответственно, другими конструктивными группами, при необходимости временно, когда при образовании объема нагревания газа между двумя коаксиально ориентированными контакт-деталями выходное отверстие изоляционного сопла входит на стороне торца, предпочтительно коаксиально одной из контакт-деталей, в объем нагревания газа.
В одном предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что дефлекторный элемент соединен в виде единого целого с одной из контакт-деталей.
Выполнение в виде единого целого позволяет выполнять, например, контакт-деталь, а также дефлекторный элемент с помощью единственного способа литья. Так, например, может быть предусмотрено выполнение контакт-деталей номинального тока по меньшей мере на некоторых участках из алюминиевого литья. При соответствующем выполнении литейной формы можно затем выполнять дефлекторный элемент в виде единого целого с контакт-деталью. Может быть предусмотрено, что дефлекторный элемент дополнительно покрывается по меньшей мере на некоторых участках электрически изоляционными материалами. Однако может быть также предусмотрено, что поверхности дефлекторного элемента выполнены полностью из электрически проводящих материалов.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что дефлекторный элемент закреплен на соединяющем без возможности проворачивания обе контакт-детали соединительном элементе.
Первая и вторая контакт-детали могут быть выполнены, например, в качестве контакт-детали электрической дуги и в качестве контакт-детали номинального тока, при этом эти обе контакт-детали согласованы друг с другом и лежат «на одной стороне» раствора контактов системы коммутационного аппарата. За счет этого обе контакт-детали имеют независимо от положения коммутации системы коммутационного аппарата всегда одинаковый электрический потенциал. Для позиционирования относительно друг друга, соответственно опоры друг на друга обеих контакт-деталей, предусмотрен соединительный элемент, который сцепляет обе контакт-детали друг с другом. При этом может быть предусмотрено жесткое сцепление обеих контакт-деталей. Однако может быть также предусмотрено, что в ходе сцепления расположена передача, так что обеспечивается возможность относительного движения между обеими контакт-деталями.
Дефлекторный элемент может быть соединен с соединительным элементом так, что они образуют единое целое, или же этот соединительный элемент закрепляется с помощью разъемного соединения.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что одна ограничивающая сопловой канал стенка выступает в дефлекторный канал.
Сопловой канал может предпочтительно иметь ротационно-симметричную структуру. При этом в зоне выходного отверстия может быть, в частности, предусмотрено, что сопловой канал имеет полую цилиндрическую структуру, при этом в изоляционное сопло выступает элемент, например контакт-деталь электрической дуги и/или вспомогательное сопло, так что обеспечивается полая цилиндрическая форма соплового канала. Этот выступающий элемент образует ограничивающую сопловой канал стенку и предпочтительно может выступать также в дефлекторный канал и проходить через него по меньшей мере частично. Предпочтительно этот элемент проходит по всей длине этого дефлекторного канала. Таким образом, возможно согласование поперечного сечения дефлекторного канала, и при перетоке коммутационного газа из соплового канала в дефлекторный канал имеется стенка, по которой возможно, например, на основании дополнительного соплообразного сужения выходного отверстия соплового канала, соответственно соплообразного сужения входного отверстия дефлекторного канала, скольжение горячего нагретого газа и скольжение горячего нагретого газа из одного канала в другой канал. Придание соответствующей формы стенке может дополнительно поддерживать ход изменения поперечного сечения дефлекторного канала.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что дефлекторный элемент является электрически проводящим.
При выполнении дефлекторного элемента электрически проводящим обеспечивается возможность передачи электрического потенциала с контакт-детали на дефлекторный элемент и тем самым образования, например, свободных от полей пространств между имеющими одинаковый потенциал стенками. Таким образом, уменьшается опасность возникновения частичных разрядов. Наряду с выполнением дефлекторного элемента электрически проводящим, можно покрывать его по меньшей мере на некоторых участках электрически изоляционными материалами. Тем самым можно вызывать, например, при вхождении потока горячего коммутационного газа дополнительное испускание гасящего газа внутри объема нагревания газа. Однако может быть также предусмотрено, что дефлекторный элемент выполнен, при необходимости, полностью из электрически изоляционных материалов.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что сопловой канал входит кольцеобразно в объем нагревания газа.
Кольцеобразное вхождение соплового канала в объем нагревания газа обеспечивает возможность поддержки испускания коммутационного газа, так что образуется возможно более ламинарный поток после выхода из выходного отверстия соплового канала. Этот ламинарный поток может проходить вдоль стенки, которая разделяет по меньшей мере канал изоляционного сопла в кольцеобразный канал. Если этот элемент, который преобразует выходное отверстие в кольцеобразное отверстие, выступает также в дефлекторный канал, то может поддерживаться имеющий небольшие завихрения переход коммутационного газа в дефлекторный канал.
В другом предпочтительном варианте выполнения может быть предусмотрено, что дефлекторный элемент опирается с наружной боковой стороны.
Опора дефлекторного элемента с наружной боковой стороны обеспечивает возможность почти свободного выбора формы поперечного сечения в ходе дефлекторного канала. Дефлекторный канал свободен от удерживающих элементов или встроенных частей и может быть оптимирован относительно отклонения и направления коммутационного газа. Опора с наружной стороны способствует также простому монтажу дефлектора внутри объема нагревания газа. Так, например, дефлекторный элемент может быть соединен в виде единого целого с другими конструктивными группами. Кроме того, за счет удерживания с наружной стороны возможно предусмотрение также выхода коммутационного газа из расположенного у противоположно лежащего конца относительно впускного отверстия канала изоляционного сопла выпускного отверстия. Таким образом, в этой зоне могут быть расположены также другие конструктивные группы, такие как выходные каналы, перепускные отверстия, клапаны или т.п.
Ниже приводится более подробное описание изобретения на основании примера выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг.1 - разрез системы коммутационного аппарата с первым вариантом выполнения дефлекторного элемента;
фиг.2 - разрез системы коммутационного аппарата со вторым вариантом выполнения дефлекторного элемента в двух видах выполнения; и
фиг.3 - разрез системы коммутационного аппарата с третьим вариантом выполнения дефлекторного элемента в двух видах выполнения.
На фиг.1, 2 и 3 показаны одинаково действующие системы коммутационного аппарата, которые отличаются по существу различными выполнениями расположенных в объеме нагревания газа дефлекторных элементов. Поэтому сначала в качестве примера приводится описание принципиальной конструкции системы коммутационного аппарата. Выкладки относительно показанной на фиг.1 системы коммутационного аппарата соответствуют по смыслу также показанным на фиг.2 и 3 системам коммутационного аппарата. Соответственно, действующие одинаково конструктивные группы обозначены на фигурах одинаковыми позициями.
На фиг.1 показана в разрезе система коммутационного аппарата. Система коммутационного аппарата имеет по существу ротационно-симметричную структуру, которая проходит вокруг продольной оси 1. Система коммутационного аппарата имеет раствор 2 контактов. Раствор 2 контактов проходит между первой контакт-деталью 5 электрической дуги и второй контакт-деталью 6 электрической дуги. С контакт-деталями 5, 6 электрической дуги согласованы соответственно первая контакт-деталь 3 номинального тока, а также вторая контакт-деталь 4 номинального тока. Контакт-детали 3, 4 номинального тока, а также контакт-детали 5, 6 электрической дуги имеют ротационно-симметричную форму относительно продольной оси 1 и расположены коаксиально продольной оси 1. При этом первая контакт-деталь 5 электрической дуги имеет трубчатую структуру, которая имеет на своем обращенном ко второй контакт-детали 6 электрической дуги конце тюльпанообразную втулку. Соответственно, вторая контакт-деталь 6 электрической дуги выполнена в виде пальца с целью обеспечения возможности введения во втулку первой контакт-детали 5 электрической дуги с образованием гальванического контакта. Вторая контакт-деталь 4 номинального тока имеет множество контактных пальцев, которые выполнены с возможностью упругой деформации и надвигания на наружную поверхность первой контакт-детали 3 номинального тока с целью контактирования.
Первая контакт-деталь 3 номинального тока, а также первая контакт-деталь 5 электрической дуги согласованы друг с другом. Вторая контакт-деталь 4 номинального тока и вторая контакт-деталь 6 электрической дуги также согласованы друг с другом. Согласованные друг с другом контакт-детали имеют всегда одинаковый электрический потенциал независимо от коммутационного состояния системы коммутационного аппарата.
Контакт-детали 3, 4 номинального тока, а также контакт-детали 5, 6 электрической дуги установлены с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль продольной оси 1, так что контакт-детали 3, 4 номинального тока и контакт-детали 5, 6 электрической дуги могут входить в контакт друг с другом. При этом предусмотрено, что в процессе включения контакт-детали 5, 6 электрической дуги контактируют раньше контакт-деталей 3, 4 номинального тока. В процессе выключения сначала размыкаются контакт-детали 3, 4 номинального тока, а затем, с задержкой во времени, - контакт-детали 5, 6 электрической дуги.
На основании смещения во времени при контактировании, соответственно размыкании, контакт-деталей 5, 6 электрической дуги и контакт-деталей 3, 4 номинального тока между контакт-деталями 5, 6 электрической дуги направляется электрическая дуга включения, соответственно выключения. Для обеспечения возможности благоприятного отклонения и направления горящей электрической дуги предусмотрено изоляционное сопло 7. Изоляционное сопло 7 имеет сопловой канал 8. При этом сопловой канал 8 выполнен ротационно-симметричным и имеет место сужения, которое может временно перекрываться второй контакт-деталью 6 электрической дуги. Изоляционное сопло 7 окружает своим сопловым каналом 8 по меньшей мере частично раствор 2 контактов и ориентировано коаксиально продольной оси 1. Изоляционное сопло 7 снабжено на стороне наружной боковой поверхности окружной закраиной, которая установлена без возможности проворачивания в соответствующей выемке контакт-детали 3 номинального тока. Для фиксации изоляционного сопла 7 на первой контакт-детали 3 номинального тока предусмотрено свинчивание 9.
Первая контакт-деталь 5 электрической дуги выступает в сопловой канал 8 изоляционного сопла 7, за счет чего образуется обращенный к объему нагревания газа участок соплового канала 8 в виде кольцевого канала. Объем 10 нагревания газа выполнен по существу в форме полого цилиндрического накопительного пространства, при этом наружная боковая поверхность объема 10 нагревания газа ограничена первой контакт-деталью 3 номинального тока, а внутренняя боковая поверхность - первой контакт-деталью 5 электрической дуги, соответственно, окружающим первую контакт-деталь 5 электрической дуги изоляционным материалом. На торцевой стороне объем 10 нагревания газа на своем обращенном ко второй контакт-детали 6 электрической дуги конце ограничен поверхностью изоляционного сопла 7. Кроме того, эта торцевая сторона объема 10 нагревания газа ограничена винтами 9, а также частями контакт-детали 3 номинального тока. На противоположном торцевом конце объема 10 нагревания газа расположен соединительный элемент 11. Соединительный элемент 11 сцепляет первую контакт-деталь 3 номинального тока с первой контакт-деталью 5 электрической дуги, так что они соединены друг с другом и через этот соединительный элемент 11 обеспечивается электрически проводящее соединение между этими обеими контакт-деталями 3, 5. В соединительном элементе 11 расположены проходящие в направлении продольной оси 1 выемки.
Зона первой контакт-детали 5 электрической дуги, которая выступает в сопловой канал 8, окружена вспомогательным соплом 12 из изоляционного материала. Вспомогательное сопло 12 ограничивает с помощью одной стенки сопловой канал 8, в частности, в зоне его по существу полого цилиндрического выполнения. При этом вспомогательное сопло 12 выступает за первую контакт-деталь 5 электрической дуги в направлении второй контакт-детали 6 электрической дуги. Кроме того, вспомогательное сопло 12 также покрывает первую контакт-деталь 5 электрической дуги по меньшей мере частично внутри объема 10 нагревания газа. В поверхности изоляционного сопла 7, в которой сопловой канал 8 входит в объем 10 нагревания газа, находится кольцеобразное выходное отверстие 13. При этом в непосредственной близости от выходного отверстия 13 предусмотрено сужение кольцеобразного участка соплового канала 8, так что непосредственно в зоне выходного отверстия 13 образовано узкое место сопла. Для образования узкого места сопла в данном случае предусмотрено изоляционное сопло 7 с соответствующим направленным радиально внутрь выступом. Сопловое действие поддерживается с помощью радиально расширяющегося в зоне выходного отверстия 13 вспомогательного сопла 12. Кроме того, могут быть также предусмотрены другие формы зоны выходного отверстия 13 соплового канала 8 с целью образования сопла. Например, в канале могут быть расположены закраины, рампы, сужения или другие подходящие выступы с целью достижения соплового действия. Испускаемый из выходного отверстия 13 соплового канала 8 коммутационный газ направляется в направлении испускания в дефлекторный канал 14а дефлекторного элемента 15а. Направление испускания проходит параллельно продольной оси 1.
На фиг.1 показан первый вариант выполнения дефлекторного элемента 15а с дефлекторным каналом 14а. Принцип действия показанных на фиг.2 и 3 в качестве вариантов дефлекторных элементов 15b, 15c и дефлекторных каналов 14b, 14c одинаков. Лишь конструктивное выполнение отличается друг от друга.
Ниже приводится в качестве примера описание действия дефлекторного элемента со ссылками на фиг.1.
Дефлекторный канал 14а имеет по существу ротационно-симметричную полую структуру и расположен коаксиально продольной оси 1. При этом, как показано на фиг.1, дефлекторный элемент 15а соединен в виде единого целого с первой контакт-деталью 3 номинального тока. Дефлекторный элемент 15а согласно фиг.1 соединен на своем противоположном выходному отверстию 13 конце с первой контакт-деталью 3 номинального тока и удерживается ею. В данном случае предусмотрено выполнение в виде единого целого дефлекторного элемента 15а, а также контакт-детали 3 номинального тока. Кроме того, дефлекторный элемент 15а может быть также закреплен альтернативным образом. Образованный внутри дефлекторного элемента 15а дефлекторный канал 14а имеет входное отверстие. Входное отверстие расположено на конце дефлекторного элемента 15а, который обращен к выходному отверстию 13. При этом дефлекторный элемент 15а имеет такие размеры, что между выходным отверстием 13а и входным отверстием дефлекторного канала 14а предусмотрено щелевидное свободное пространство. Это щелевидное свободное пространство служит, например, для выпуска чрезмерного количества коммутационного газа, соответственно для обратного потока коммутационного газа или изоляционного газа. На своем обращенном к выходному отверстию 13 конце входное отверстие также снабжено сужением поперечного сечения, так что в зоне входного отверстия дефлекторного канала 14а также образовано узкое место сопла. При этом направленное действие сопла у выходного отверстия 13 соплового канала 8, а также сопла у входного отверстия дефлекторного канала 14а направлены противоположно друг другу, т.е. в направлении испускания коммутационного газа из выходного отверстия 13 имеется непрерывное сужение для образования сопла у выходного отверстия 13. Соответственно, наоборот, узкое место сопла у входного отверстия выполнено так, что, исходя из входного отверстия дефлекторного канала 14а, происходит расширение поперечного сечения дефлекторного канала 14а. Под действием сопла испускаемый из выходного отверстия 13а коммутационный газ ударяется в наружную боковую поверхность вспомогательного сопла 12 и входит вдоль наружной боковой поверхности вспомогательного сопла 12 в дефлекторный канал 14а. Внутри дефлекторного канала 14а образуется участок 16, который расширяется в направлении испускания коммутационного газа. При этом этот участок снабжен по существу имеющей форму усеченного конуса боковой поверхностью. Предпочтительно этот участок 16 дефлекторного канала 14а должен быть выполнен в форме усеченного конуса. К участку 16 примыкает полый цилиндрический участок, который имеет приблизительно постоянную площадь поперечного сечения дефлекторного канала 14а. Участок 16 и лежащее перед ним в направлении испускания сужение образуют воронкообразный переход от входного отверстия к полому цилиндрическому участку.
Выпускное отверстие дефлекторного канала 14а по меньшей мере частично перекрыто соединительным элементом 11, так что горячий коммутационный газ, который входит через входное отверстие в дефлекторный канал 14а, может также отклоняться через радиально направленные отверстия 17 на 90° радиально наружу. Часть испускаемого в дефлекторный канал 14а коммутационного газа может также проходить дальше через отверстия в соединительном элементе 11 в направлении испускания. В данном случае вспомогательное сопло 12 имеет такие размеры, что оно частично ограничивает дефлекторный канал 14а. Может быть также предусмотрено, что вспомогательное сопло 12 имеет такие размеры, что дефлекторный канал 14а на всей своей длине ограничен также боковой поверхностью вспомогательного сопла 12.
По меньшей мере с некоторыми из отверстий 17 согласована наклонная отражательная стенка 18. На основании наклонного расположения отражательной стенки 18 поддерживается отклонение направляемых радиально наружу долей коммутационного газа на дополнительные 90°, так что коммутационный газ, который направляется внутри дефлекторного канала 14а в направлении испускания, направляется радиально наружу через отверстия 17 и на наружных боковых поверхностях дефлекторного элемента 15а направляется обратно в противоположном направлении.
На фиг.1 показано над продольной осью 1 вхождение коммутационного газа с помощью нескольких стрелок. Под продольной осью 1 показан обратный поток коммутационного газа на наружных боковых поверхностях дефлекторного элемента 15а в противоположном направлению испускания направлении, при этом коммутационный газ в заданный момент времени снова входит в выходное отверстие 13 и проходит обратно в направлении второй контакт-детали 6 электрической дуги.
Как показано на фиг.1, дефлекторный элемент 15а имеет по существу постоянную толщину стенки, так что форма дефлекторного канала 14а отображается также в наружных боковых поверхностях дефлекторного элемента 15а.
Ниже приводится схематично описание принципа действия и функции потока коммутационного газа.
В процессе коммутации, в частности процессе выключения, происходит горение коммутационной электрической дуги между обеими контакт-деталями 5, 6 электрической дуги. В частности, во время закрывания узкого места сопла второй контакт-деталью 6 электрической дуги электрическая дуга создает коммутационный газ. Это происходит за счет нагревания и расширения расположенного в системе коммутационного аппарата изоляционного газа, такого как гексафторид серы, азот или другие подходящие газы, соответственно газовые смеси. Расширенный коммутационный газ направляется по меньшей мере частично в направлении объема 10 нагревания газа. При этом отклонение в зоне выходного отверстия 13 происходит так, что горячий коммутационный газ большей частью, предпочтительно почти полностью, направляется во входное отверстие дефлекторного канала 14а. Внутри объема 10 нагревания газа находится уже холодный изоляционный газ. Этот холодный изоляционный газ сначала вытесняется горячим коммутационным газом через отверстия 17 из дефлекторного канала 14а. Затем происходит все более сильное скопление коммутационного газа в объеме 10 нагревания газа, так что давление внутри объема 10 нагревания газа повышается. При освобождении узкого места сопла соплового канала 8 накопленный внутри объема 10 нагревания газа газ может выходить с повышенным давлением. Поскольку до этого выход холодного изоляционного газа через выходное отверстие 13 предотвращался на основании входящего коммутационного газа, то при освобождении узкого места изоляционного сопла 8 сначала вытесняется сжатый горячим коммутационным газом, накопленный в зоне свободного пространства между выходным отверстием 13 и входным отверстием холодный изоляционный газ. Затем происходит также отток горячего коммутационного газа.
На основании расположения дефлекторного элемента 15а внутри объема 10 нагревания газа можно ограничивать смешивание холодного изоляционного газа и горячего коммутационного газа в объеме 10 нагревания газа. За счет этого возможно заполнение раствора 2 контактов в зоне изоляционного сопла 7 сначала холодным изоляционным газом. Холодный изоляционный газ имеет по сравнению с горячим коммутационным газом улучшенное охлаждающее и изолирующее действие. Тем самым можно достигать также в течение короткого времени высоких давлений внутри объема коммутационного газа, и при этом происходит лишь ограниченное перемешивание входящего горячего коммутационного газа и находящегося в объеме 10 нагревания газа холодного изоляционного газа.
На фиг.2 показана известная из фиг.1 система коммутационного аппарата, при этом в объеме 10 нагревания газа показан второй вариант дефлекторного элемента 15b. Дефлекторный элемент 15b показан над продольной осью 1 в первом виде выполнения, а внизу продольной оси 1 - во втором виде выполнения. Дефлекторный элемент 15b согласно фиг.2 по существу имеет наружную боковую поверхность в форме усеченного конуса. При этом первый показанный над продольной осью 1 вид выполнения имеет на большей части длины дефлекторного элемента 15b постоянную толщину стенки, так что проходящий внутри дефлекторного элемента 15b дефлекторный канал 14b согласно фиг.2 почти постоянно расширяется и имеет форму полого конуса. На своем обращенном к выходному отверстию 13 конце дефлекторный элемент 15b снабжен выступающей закраиной, так что имеется суженный участок с сопловыми сужениями непосредственно в зоне входного отверстия. В первом виде выполнения дефлекторного элемента 15b согласно фиг.2 дефлекторный элемент 15b соединен в виде единого целого с первой контакт-деталью 3 номинального тока. Кроме того, показаны варианты формы и расположения отверстий 17.
В отличие от формы первого вида выполнения над продольной осью 1 второй вид выполнения под продольной осью 1 снабжен на внутренней боковой стороне ступенчатым расширением 19, так что дефлекторный канал 14b согласно фиг.2 показанного ниже продольной оси 1 варианта выполнен по существу из двух стыкующихся друг с другом полых цилиндрических, образующих скачкообразное расширение 19 участков. Кроме того, во втором виде выполнения дефлекторного элемента 15b предусмотрено свинчивание дефлекторного элемента 15b, при этом это свинчивание вместе с соединительным элементом 11 происходит на выступающей закраине первой контакт-детали 3 номинального тока. Действие дефлекторного элемента 15b с его дефлекторным каналом 14b в обоих видах выполнения над и под продольной осью 1 соответствует описанному применительно к фиг.1 действию.
В то время как в вариантах, показанных на фиг.1 и 2, предусмотрено выполнение дефлекторного элемента 15а, 15b по существу из электрически проводящего материала, в третьем виде выполнения, показанном на фиг.3, предусмотрено выполнение дефлекторного элемента 15с в виде изоляционной части. При этом может быть предусмотрено, что части дефлекторного элемента 15с согласно фиг.3 снабжены металлическими усилениями. Также может быть предусмотрено, что дефлекторные элементы 15а, 15b согласно фиг.1 и 2 по меньшей мере частично снабжены покрытием из изоляционного материала.
Третий вариант дефлекторного элемента 15с согласно фиг.3 выполнен с посадкой на вспомогательное сопло 12. В данном случае предусмотрено соединение в виде единого целого вспомогательного сопла 12 и дефлекторного элемента 15с. Дефлекторный элемент 15с и тем самым также дефлекторный канал 14с полностью пронизываются наружной боковой поверхностью выполненного из изоляционного материала сопла 12. Может быть также предусмотрено, что выполненное из изоляционного материала сопло 12 лишь частично выступает в дефлекторный элемент 15с. Окруженный дефлекторным элементом 15с дефлекторный канал 14с согласно фиг.3 имеет кольцевую структуру. При этом в первом виде выполнения над продольной осью 1 предусмотрено непрерывное расширение дефлекторного канала 14с. В свою очередь, в зоне входного отверстия коммутационного газа дефлекторного элемента 15с предусмотрен выступающий заплечик, который представляет сужение в виде узкого места сопла непосредственно в зоне входного отверстия. Дефлекторный элемент 15с с помощью распорок, которые находятся внутри дефлекторного канала 14с, опирается на вспомогательное сопло 12.
В показанном ниже продольной оси 1 втором виде выполнения дефлекторного элемента 15с предусмотрено, что наружная боковая поверхность имеет форму усеченного конуса, в то время как внутренняя боковая сторона дефлекторного элемента 15с, которая ограничивает дефлекторный канал 14с, ограничена двумя примыкающими друг к другу по существу полыми цилиндрическими участками, при этом происходит скачкообразное расширение 19 от участка с меньшим поперечным сечением к другому, имеющему большее поперечное сечение участку. В зоне скачка между обоими полыми цилиндрическими участками дефлекторного канала 14с предпочтительно расположены распорки для опоры дефлекторного элемента 15с.
В отличие от показанных на фиг.1 и 2 конструкций в конце дефлекторного канала 14с, который противоположен выходному отверстию 13, предусмотрено расстояние до расположенной там торцевой стенки объема 10 нагревания газа.
Хотя изобретение подробно иллюстрировано и описано с помощью предпочтительных вариантов выполнения, изобретение не ограничивается раскрытыми примерами, и специалисты в данной области техники могут выводить из них другие варианты. В частности, возможно предусмотрение вариантов формы отверстий, а также формы дефлекторных каналов, а также дефлекторных элементов. Однако при ориентировании сопловых мест у выходного отверстия 13, а также входного отверстия дефлекторных каналов 14а, 14b, 14с предпочтительно, что сопловые действия направлены противоположно друг другу, так что испускаемый из выходного отверстия коммутационный газ отклоняется возможно больше радиально внутрь к продольной оси 1 на боковую поверхность вспомогательного сопла 12, соответственно направляется к боковой поверхности первой контакт-детали 5 электрической дуги и, соответственно, в противоположно направляющее узкое место сопла входного отверстия дефлекторного канала.
1. Система коммутационного аппарата, содержащая окружающее по меньшей мере частично раствор (2) контактов изоляционное сопло (7) с каналом (8) сопла, который входит в объем (10) нагревания газа, в котором расположен дефлекторный элемент (15а, 15b, 15с) с дефлекторным каналом (14а, 14b, 14с), при этом испускаемый из канала (8) сопла в направлении испускания в объем (10) нагревания газа гасящий газ направляется в дефлекторный канал (14а, 14b, 14с), отличающаяся тем, что дефлекторный канал (14а, 14b, 14с) имеет участок (16), который ограничен имеющей форму усеченного конуса боковой поверхностью и имеет в направлении испускания расширяющееся поперечное сечение, причем участок (16) образует переход между по существу цилиндрической боковой поверхностью и суженным участком.
2. Система коммутационного аппарата по п.1, отличающаяся тем, что участок (16) ограничен скачкообразно расширенной цилиндрической боковой поверхностью.
3. Система коммутационного аппарата по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что сопловой канал (8) в зоне выходного отверстия (13) имеет уменьшение поперечного сечения.
4. Система коммутационного аппарата по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что суженный участок на свободном, обращенном к сопловому каналу (8) конце представляет соплообразное уменьшение поперечного сечения.
5. Система коммутационного аппарата по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что в боковой поверхности дефлекторного элемента (15а, 15b, 15с) расположены радиально направленные отверстия (17).
6. Система коммутационного аппарата по п.5, отличающаяся тем, что напротив по меньшей мере одного отверстия (17) расположена ориентированная наклонно отражательная стенка (18).
7. Система коммутационного аппарата по п.5, отличающаяся тем, что отверстия (17) расположены в цилиндрической боковой поверхности.
8. Система коммутационного аппарата по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что дефлекторный элемент (15а, 15b, 15с) удерживается на своем противоположном изоляционному соплу (7) конце.
9. Система коммутационного аппарата по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что объем (10) нагревания газа расположен между первой и второй коаксиально ориентированными контакт-деталями (3, 5).
10. Система коммутационного аппарата по п.9, отличающаяся тем, что дефлекторный элемент (15а, 15b, 15с) соединен в виде единого целого с одной из контакт-деталей (3).
11. Система коммутационного аппарата по п.9, отличающаяся тем, что дефлекторный элемент (15а, 15b, 15с) закреплен на соединяющем без возможности проворачивания обе контакт-детали (3, 5) соединительном элементе (11).
12. Система коммутационного аппарата по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что ограничивающая сопловой канал (8) стенка выступает в дефлекторный канал (14а, 14b, 14с).
13. Система коммутационного аппарата по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что дефлекторный элемент (15а, 15b, 15с) является электрически проводящим.
14. Система коммутационного аппарата по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что сопловой канал (8) входит кольцеобразно в объем (10) нагревания газа.
15. Система коммутационного аппарата по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что дефлекторный элемент (15а, 15b, 15с) опирается на наружную боковую сторону.
