Контактная система

Электрическое коммутационное устройство содержит узел номинального контакта, который содержит первый номинальный контакт, имеющий множество пальцев номинального контакта, образующих каркас из пальцев, концентрический относительно продольной оси (z), и сопряженный второй номинальный контакт, а также узел дугогасящего контакта, который содержит первый дугогасящий контакт (4а) и сопряженный второй дугогасящий контакт (4b), при этом первый дугогасящий контакт содержит палец (4а) дугогасящего контакта. Палец (4а) дугогасящего контакта содержит на его свободном конце первую область (7а) взаимодействия, в которой происходит первое контактирование со вторым дугогасящим контактом (4b) при замыкании электрического коммутационного устройства (1). Первая область (7а) взаимодействия образована первой плоской поверхностью, расположенной под углом (α) наклона больше 0° относительно продольной оси (z). Техническим результатом является повышение надежности путем предотвращения повреждения контактных пальцев. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Уровень техники

Изобретение относится к области технологий коммутации высоких и средних напряжений и, в частности, относится к электрическому коммутационному устройству и к контактному устройству, соответствующим независимым пунктам формулы изобретения, в частности, для использования в качестве заземляющего переключателя, быстродействующего заземляющего переключателя, разъединителя, объединенного разъединителя и заземляющего переключателя, переключателя отключения нагрузки, автоматического выключателя или автоматического выключателя генератора в системах передачи или распределения электроэнергии.

Предшествующий уровень техники

Электрические коммутационные устройства хорошо известны в области применений для коммутации высоких и средних напряжений. Они используются, например, для прерывания тока, когда возникает электрическая неисправность. Как пример электрического коммутационного устройства, автоматические выключатели имеют задачу размыкания контактов и удержания их вдали друг от друга, чтобы избежать прохождения тока, даже если высоковольтный электрический потенциал возникает из-за собственно электрической неисправности. Для целей настоящего изобретения термин "среднее напряжение" относится к напряжениями от 1 кВ до 72,5 кВ, а термин "высокое напряжение" относится к напряжениям выше 72,5 кВ. Электрические коммутационные устройства, такие как автоматические выключатели, могут быть способны пропускать высокие номинальные токи 5000-6300 А и коммутировать очень высокие токи короткого замыкания 63-80 кА при очень высоких напряжениях 550-1200 кВ.

Из-за высокого номинального тока современные электрические коммутационные устройства требуют множество так называемых номинальных контактов, рассчитанных но номинальный ток. При отключении (размыкании) номинальный ток или ток короткого замыкания внутри электрических коммутационных устройств переключается с номинальных контактов электрического коммутационного устройства на его дугогасящие контакты. Таким образом, при соединении (замыкании) номинальных контактов электрического коммутационного устройства соединяются также дугогасящие контакты. Они обычно содержат пальцы дугогасящих контактов для первого дугогасящего контакта, расположенные вокруг продольной оси электрического коммутационного устройства в виде так называемого каркаса из дугогасящих пальцев, и стержень в качестве второго дугогасящего контакта, который приводится в действие внутри каркаса из пальцев.

Процессы размыкания и замыкания номинальных и дугогасящих контактов согласно техническим требованиям к электрическому коммутационному устройству должны выполняться с заданной скоростью. Во время замыкания электрического коммутационного устройства, в частности, пальцы дугогасящих контактов подвергаются ударному воздействию, вызванному входящим стержнем. Сила взаимодействия, действующая на пальцы дугогасящих контактов, зависит от относительной скорости замыкания контактных пальцев и стержня. Таким образом, чем выше скорость, тем больше сила, действующая на пальцы дугогасящих контактов. Однако высокая скорость контакта желательна, поскольку она улучшает характеристики электрического коммутационного устройства. Как следствие повышенных сил ударного воздействия, действующих на пальцы дугогасящих контактов, пальцы дугогасящих контактов подвергаются постоянной деформации или могут разрушаться. Например, они могут деформироваться по радиусу в направлении наружу относительно продольной оси или могут разваливаться на куски. Сила контакта между пальцем дугогасящего контакта и вторым дугогасящим контактом должна быть достаточно большой, чтобы гарантировать хороший электрический контакт. В конечном счете, по причине деформации требования в отношении сил при контакте в какой-то мере не удовлетворяются.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в усовершенствовании электрического коммутационного устройства с точки зрения надежности путем предотвращения повреждения его контактных пальцев.

Задача решается посредством признаков, описанных в зависимых или независимых пунктах формулы изобретения. Варианты изобретения раскрываются в комбинациях зависимых и независимых пунктов формулы изобретения и в описании, приведенном в сочетании с чертежами.

Электрическое коммутационное устройство содержит по меньшей мере один контактный узел. Контактный узел содержит первый контакт и сопряженный с ним второй контакт, где первый контакт содержит по меньшей мере один контактный палец. Для замыкания и размыкания электрического коммутационного устройства по меньшей мере один из контактов может двигаться параллельно продольной оси и взаимодействовать с другим контактом. Контактный палец содержит на его свободном конце первую область взаимодействия, в которой при замыкании электрического коммутационного устройства происходит первый контакт со вторым сопряженным контактом. Первая область взаимодействия образуется первой плоской поверхностью, расположенной под углом α наклона больше нуля градусов относительно продольной оси. Такой угол α наклона является положительным, что означает, что первая плоская поверхность, если смотреть в осевом направлении z на свободный конец контактного пальца, проходит наружу в радиальном направлении, то есть, постепенно удаляется от продольной оси z, или, в противном случае, в случае открывания проходит под углом α наклона или открывания. Следует заметить, что продольная ось z электрического коммутационного устройства является также продольной осью z контактного узла и может быть дугогасящим контактным узлом или номинальным контактным узлом.

Преимущество узла контактных пальцев, имеющих наклонную плоскую первую область взаимодействия, то есть, область, наклоненную таким образом, чтобы размыкание контактного пальца осуществлялось в направлении его свободного конца, состоит в том, что напряжение взаимодействия уменьшается при сохранении в то же время требуемой силы контакта между двумя дугогасящими контактами.

В вариантах осуществления по меньшей мере один контактный узел является или содержит узел дугогасящего контакта, причем первый контакт является или содержит узел дугогасящего контакта, а сопряженный второй контакт является или содержит сопряженный второй дугогасящий контакт. В частности, для замыкания и размыкания электрического коммутационного устройства по меньшей мере один из дугогасящих контактов может двигаться параллельно продольной оси и взаимодействовать с другим дугогасящим контактом.

В альтернативных или дополнительных вариантах осуществления по меньшей мере один контактный узел является или содержит номинальный контактный узел, где первый контакт является или содержит первый номинальный контакт, содержащий множество пальцев номинальных контактов и образующий каркас из пальцев, концентрический относительно продольной оси, и сопряженный второй контакт является или содержит сопряженный второй номинальный контакт. В частности, для замыкания и размыкания электрического коммутационного устройства по меньшей мере один из номинальных контактов может двигаться параллельно продольной оси и взаимодействовать с другим номинальным контактом.

В варианте осуществления палец дугогасящего контакта содержит контактную область. Первая область взаимодействия расположена между контактной областью и наконечником свободного конца первого контактного пальца, если смотреть вдоль продольной оси z. Когда электрическое коммутационное устройство замкнуто, палец дугогасящего контакта контактирует в контактной области со вторым дугогасящим контактом в конечном положении второго дугогасящего контакта. Контактная область образуется второй плоской поверхностью, которая в одном из вариантов осуществления может быть параллельна продольной оси.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения вторая плоская поверхность (то есть, контактная область) наклонена относительно продольной оси в противоположном угловом направлении относительно наклона первой области взаимодействия на угол компенсации или угол сужения β, где сужение относится к более близкому прохождению по радиусу, если смотреть вдоль продольной оси z в направлении свободного конца контактного пальца. Когда электрическое коммутационное устройство находится в замкнутой конфигурации, угол β компенсации может, в сущности, равняться углу отклонения пальца дугогасящего контакта. Проектируя контактную область так, чтобы она была наклонной, упомянутым выше способом, обеспечивается хороший электрический контакт между двумя дугогасящими контактами.

Такой узел предпочтительно отделяет первую область взаимодействия дугогасящих контактов от фактической области электрического контакта. Таким образом, область электрического контакта может быть спроектирована в соответствии с требуемыми электрическими параметрами, связанными с взаимодействием между двумя дугогасящими контактами.

В частности, предпочтительно, когда второй дугогасящий контакт содержит на своем свободном конце вторую область взаимодействия, в которой происходит первое контактирование с пальцем дугогасящего контакта при замыкании электрического коммутационного устройства, у которого вторая область взаимодействия параллельна первой области взаимодействия. Такое формирование второй дугогасящей области дополнительно снижает напряжение взаимодействия во время замыкания дугогасящих контактов.

В частности, обеспечение первой наклонной, двумерной и плоской области взаимодействия, взаимодействующей со второй идентично наклоненной, двумерной и плоской областью взаимодействия, позволяет равномерно распределять силу взаимодействия по большей двумерной площади, в то же время позволяя скользить между первой и второй областями взаимодействия. Эта концепция противоположна скругленным областям взаимодействия, которые способствуют скольжению под различными углами взаимодействия, но создают одномерные или даже точечного типа области взаимодействия, вызывающие очень высокое напряжение между первым и сопряженным с ним вторым контактами.

Дополнительно, предпочтительно, когда на пальце дугогасящего контакта первая переходная область между первой областью взаимодействия и контактной областью скругляется и/или на втором дуговом контакте скругляется сопряженная вторая переходная область второго дугогасящего контакта. За счет этого, переход между этапом взаимодействия во время процесса замыкания в конечное положение второго дугогасящего контакта в замкнутой конфигурации является более плавным, так что эффекты удара пальца дугогасящего контакта могут быть уменьшены, минимизированы или даже не проявляться совсем.

В этом варианте осуществления пальцы номинального контакта имеют ту же самую форму, что и палец дугогасящего контакта или пальцы дугогасящих контактов.

Краткое описание чертежей

Дополнительные варианты осуществления, преимущества и применения изобретения вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения и из последующего описания с использованием чертежей. Они показаны на:

фиг. 1 - частичный вид в разрезе упрощенного базового варианта осуществления высоковольтного автоматического выключателя;

фиг. 2 - частичный вид в разрезе пальца дугогасящего контакта первого дугогасящего контакта и второго дугогасящего контакта перед замыканием;

фиг. 3 - частичный вид в разрезе пальца дугогасящего контакта и второго дугогасящего контакта, показанного на фиг. 2, во время замыкания;

фиг. 4 - векторная диаграмма скорости замыкания второго дугогасящего контакта и его компонентов;

фиг. 5 - векторная диаграмма радиальной скорости второго лугового контакта и его компонентов; и

фиг. 6 - объединенный вид фиг. 2 и 3.

Осуществление изобретения

Изобретение описывается на примере высоковольтного автоматического выключателя, имеющего номинальные контакты и дуговые контакты, но принципы, описанные здесь далее, применимы также для использования изобретения в других коммутационных устройствах, например, типа тех, которые упоминались вначале, таких как заземляющий переключатель, быстродействующий заземляющий переключатель, разъединитель, объединенный разъединитель и заземляющий переключатель, переключатель для отключения нагрузки, автоматический выключатель генератора и, в целом, в любом переключателе для высокого напряжения или среднего напряжения. В частности, изобретение полностью применимо в переключателях, имеющих только узел с дугогасящим контактом, только узел с номинальным контактом или ту и другую систему с дугогасящим контактом и систему с номинальным контактом. Узел с дугогасящим контактом будет содержать в себе первый дугогасящим контакт, имеющий по меньшей мере один палец 4а дугогасящего контакта и сопряженный с ним второй дугогасящий контакт 4b, которые могут двигаться относительно друг друга. Узел с номинальным контактом будет содержать в себе первый номинальный контакт, имеющий множество пальцев 3а номинальных контактов и сопряженный с ними второй дугогасящим контакт 3b, которые могут двигаться относительно друг друга.

На фиг. 1 показан частичный вид в разрезе упрощенного базового варианта осуществления высоковольтного автоматического выключателя 1а в замкнутой конфигурации. На фиг. 1 "частичный вид в разрезе" означает, что в целях понятности показана только верхняя половина секции автоматического выключателя. Устройство, а также его узел(узлы) дугогасящего или номинального контакта, например, являются вращательно симметричными вокруг продольной оси z. В дальнейшем описываются только элементы автоматического выключателя 1а, связанные с настоящим изобретением. Другие элементы, представленные на чертежах, не относятся к объяснению изобретения и известны специалистам в области высоковольтной электротехники.

Термин "замкнутая конфигурация", как он используется здесь, означает, что номинальные контакты и/или дугогасящие контакты автоматического выключателя замкнуты. Соответственно, термин "разомкнутая конфигурация", как он используется здесь, означает, что номинальные контакты и/или дугогасящие контакты автоматического выключателя разомкнуты.

Автоматический выключатель 1а содержит камеру, окруженную оболочкой или кожухом 5, обычно имеющим цилиндрическую форму относительно продольной оси z. Дополнительно, он содержит узел номинального контакта, образованный первым номинальным контактом, содержащим множество контактных пальцев 3a, из которых для упрощения здесь показан только один. Узел номинального контакта формируется в виде каркаса из пальцев, расположенного вокруг продольной оси z. Вокруг каркаса из пальцев может устанавливаться экран 9. Узел номинального контакта дополнительно содержит второй сопряженный контакт 3b, который обычно является металлической трубкой. Контактные пальцы 3а и второй контакт 3b могут двигаться относительно друг друга из замкнутой конфигурации, показанной на фиг. 1, в которой они находятся в электрическом контакте друг с другом, в разомкнутую конфигурацию, в которой они отделены друг от друга, и наоборот. Также возможно, что только один из контактов 3а, 3b движется параллельно продольной оси z, а другой контакт 3b, 3а неподвижен вдоль продольной оси z.

Контактные пальцы 3а прикрепляются или могут быть частью основания 2 пальца, в частности, металлического опорного цилиндра 2.

Автоматический выключатель 1а дополнительно содержит узел дугогасящего контакта, образованный первым дугогасящим контактом 4а и вторым дугогасящим контактом 4b.

В одном из вариантов осуществления коммутационного устройства первый номинальный контакт и первый дугогасящий контакт 4а могут двигаться относительно друг друга, также как и второй номинальный контакт 3b и второй дугогасящий контакт 4b. В другом варианте осуществления коммутационного устройства первый номинальный контакт и первый дугогасящий контакт 4а не могут двигаться относительно друг друга. Для целей объяснения настоящего изобретения предполагается последний вариант осуществления и предполагается, что могут двигаться только второй номинальный контакт 3b и второй дугогасящий контакт 4b, а каркас из пальцев и первый дугогасящий контакт неподвижны вдоль оси z.

На фиг. 2 показан частичный вид в разрезе пальца 4а дугогасящего контакта первого дугогасящего контакта (который, в целом, может быть также обозначен как 4а) и второго дугогасящего контакта 4b в ходе замыкания.

Второй дугогасящий контакт 4b движется с относительной осевой скоростью Va в противоположном направлении относительно стрелки, обозначающей продольную ось z.

Палец 4а дугогасящего контакта имеет первую область взаимодействия 7а и второй дугогасящий контакт 4b имеет вторую область 7b взаимодействия, которые параллельны друг другу. Обе области 7а, 7b взаимодействия имеют угол α наклона относительно продольной оси z, показанной пунктирной линией. Предпочтительно угол α наклона имеет значение не более 15 градусов и не менее 5 градусов. Однако, в другом варианте осуществления вторая область 7b взаимодействия может также скругляться или иметь другую форму.

Дополнительно, палец 4а дугогасящего контакта имеет контактную область 8, которая в разомкнутой конфигурации электрического коммутационного устройства 1 формируется второй плоской поверхностью. Плоская поверхность наклонена относительно продольной оси z в противоположном угловом направлении по сравнению с направлением наклона первой области 7а взаимодействия на угол β компенсации. Угол β компенсации, по существу, равен углу отклонения пальца 4а дугогасящего контакта, когда электрическое коммутационное устройство находится в замкнутой конфигурации. Угол отклонения можно видеть на фиг. 3 и он также имеет ссылочное обозначение β. Этот вариант изобретения будет объяснен далее со ссылкой на фиг. 3. Заметим, что термин "плоская поверхность" с точки зрения настоящего изобретения также содержит кривизны не более 10 градусов. Дополнительно, "плоская поверхность" будет содержать в себе действительно плоские или, по существу, плоские области поверхности, но будет исключать скругленные или только бесконечно плоские области поверхности.

На фиг. 3 показан вид в частичном разрезе пальца 4а дугогасящего контакта и второго дугогасящего контакта 4b, показанного на фиг. 2, во время закрывания. Как можно видеть, второй дугогасящий контакт 4b, который движется влево на чертеже, вошел в контакт с пальцем 4а дугогасящего контакта с его областью 7а взаимодействия, скользящей вверх по второй области 7b взаимодействия второго дугогасящего контакта 4b. Угол β отклонения будет увеличиваться, пока вторая область 7b взаимодействия второго дугогасящего контакта 4b не дойдет до нижнего конца первой области 7а взаимодействия пальца 4а дугогасящего контакта. Затем второй дугогасящий контакт 4b продолжает скользить по контактной области 8, пока не достигнет своего конечного положения в замкнутой конфигурации. В этом конечном положении контактная область 8 ложится на второй дугогасящий контакт 4b, как показано или вытекает из вида на фиг. 3. На фиг. 3 отклоненный палец 4а дугогасящего контакта из соображений простоты показан выпрямленным. В реальности, он может быть несколько изогнут в направлении вверх относительно ориентации чертежа. Благодаря его упругости, палец 4а дугогасящего контакта прикладывает силу упругости ко второму дугогасящему контакту 4b, обеспечивая, таким образом, хороший электрический контакт.

Альтернативно, в отличие от скользящего движения пальца 4а дугогасящего контакта по второй области 7b взаимодействия, палец 4а дугогасящего контакта может также отскакивать после первого взаимодействия со вторым дугогасящим контактом 4b, так что контакт со вторым дугогасящим контактом 4b теряется. Когда последний дополнительно движется в направлении стрелки 7а, он может не иметь никакого дополнительного контакта с первой областью 7а взаимодействия, а непосредственно контактировать с контактной областью 8.

В другом варианте осуществления электрического коммутационного устройства 1 контактная область 8 образуется второй плоской поверхностью, наклоненной относительно продольной оси z в угловом направлении, противоположном направлению наклона первой области 7а взаимодействия. Как упомянуто выше, контактная область 8 наклонена на угол β компенсации, который, по существу, может быть равен углу отклонения пальца 4а дугогасящего контакта, когда электрическое коммутационное устройство 1 находится в замкнутой конфигурации. Другими словами, угол β компенсации может быть равен максимальному углу отклонения пальца 4а дугогасящего контакта, когда достигнуто неподвижное замкнутое положение. Это имеет преимущество, состоящее в том, что контактная область 8 имеет максимальную площадь контакта со вторым дугогасящим контактом 4b, поскольку в отклоненном положении пальца 4а дугогасящего контакта контактная область 8 параллельна внешней поверхности второго дугогасящего контакта 4b. Контактная поверхность 8 может, однако, также быть параллельна продольной оси z или может иметь другие наклон или форму, в зависимости от узла и наклона пальца 4а дугогасящего контакта и второго дугогасящего контакта 4b. Заметим, что термин "угловое направление" с точки зрения настоящего изобретения означает направление по часовой стрелке или против часовой стрелки.

В вариантах осуществления первая переходная область 10 между первой областью 7а взаимодействия и контактной областью 8 скругляется. За счет этого можно избежать отскока пальца 4а дугогасящего контакта или по меньшей мере его минимизировать во время процесса замыкания электрического коммутационного устройства 1 непосредственно после того, как вторая область 7b взаимодействия второго дугогасящего контакта 4b потеряла контакт с первой областью 7а взаимодействия. В дополнительных вариантах осуществления сопряженная вторая переходная поверхность второго дугогасящего контакта 4b также скругляется, чтобы обеспечить наиболее плавный возможный переход в контактную область 8.

На фиг. 4 показана векторная диаграмма относительной осевой скорости Va и ее компонент, а на фиг. 5 показана векторная диаграмма радиальной скорости Vr и ее компонент. Далее обсуждается уравнение, определяющее соотношение между углом наклона α и радиальным перемещением пальца 4а дугогасящего контакта. Предпочтительно, угол наклона первой области 7а взаимодействия относительно продольной оси z задается уравнением:

где d - радиальное перемещение пальца 4а дугогасящего контакта, m - масса пальца 4а дугогасящего контакта, k - жесткость пальца 4а дугогасящего контакта, Va - относительная осевая скорость во время взаимодействия и α - угол наклона поверхности 7а взаимодействия. В частности, радиальное перемещение d не превышает радиальный зазор dmax пальца 4а дугогасящего контакта. Радиальный зазор dmax является доступным свободным пространством (или амплитудой максимального радиального отклонения) в направлении отклонения пальца 4а дугогасящего контакта.

Полагая, что палец 4а дугогасящего контакта полностью неподвижен в пространстве, относительная скорость между пальцем 4а дугогасящего контакта и вторым дугогасящим контактом 4b может рассматриваться как абсолютная скорость. Это также учитывает, что во время процесса замыкания дугогасящие контакты могут двигаться в направлении друг друга. В настоящем примере осевая скорость пальца 4а дугогасящего контакта равна нулю, поэтому общая абсолютная скорость равна осевой скорости Va второго дугогасящего контакта 4b. В относительных терминах, со стороны пальца 4а дугогасящего контакта относительная скорость Vr представляется перпендикулярной плоскости первой области 7а взаимодействия. Сосредотачиваясь на относительной скорости Vr, ее можно дополнительно разделить на ее составляющие (фиг. 5), из которых относительная радиальная скорость Vrr представляет особый интерес. Относительная радиальная скорость Vrr может быть получена из векторных диаграмм и тригонометрических функций следующим образом:

Vrr = Va ⋅ sinα ⋅ cos α

Принимая баланс энергии пальца дугогасящего контакта как

где переменные или константы, соответственно, обозначены, как указано выше, можно видеть, что максимальное радиальное перемещение пальца 4а дугогасящего контакта равно:

и относительная радиальная скорость Vrr является функцией угла α наклона. Учитывая приведенные выше соотношения, результатом является раскрытое выше уравнение (1). Таким образом, максимальное радиальное перемещение является функцией массы пальца, жесткости пальца и радиальной относительной скорости Vrr. Отсюда, зная заданную относительную осевую скорость Va для определенного электрического коммутационного устройства 1 и зная максимально допустимое перемещение dmax, то есть, поддерживая d =< dmax, можно выбрать угол α наклона для подгонки под требования конкретного электрического коммутационного устройства 1.

Посредством настоящего изобретения контактные пальцы дугогасящих контактов могут быть защищены от повреждения, вызванного взаимодействием дугогасящих контактов во время процесса замыкания, обеспечивая более плавное взаимодействие. Другое преимущество состоит в том, что специальная форма пальцев дугогасящих контактов дает повышенную устойчивость в отношении неправильного выравнивания контактов. Заметим, что настоящее изобретение было направлено на дугогасящие контакты электрических коммутационных устройств. Однако изложенные здесь принципы могут также применяться к номинальным контактам электрического коммутационного устройства. В частности, пальцы номинальных контактов могут иметь ту же самую форму, что и палец дугогасящего контакта. Также может обеспечиваться, что второй номинальный контакт 3b имеет наклонную поверхность той же самой формы, что и второй дугогасящий контакт 4b.

В другом варианте изобретение также относится к контактному узлу электрического коммутационного устройства 1, раскрытого выше и заявленного в любом из пунктов приложенной формулы изобретения, в котором контактный узел имеет продольную ось z и содержит контактный палец 4а, 3а, имеющий на своем свободном конце первую область 7а взаимодействия, где первое контактирование со вторым контактом 4z, 3z происходит при замыкании электрического коммутационного устройства и где дополнительно первая область взаимодействия формируется первой плоской поверхностью, расположенной под углом α наклона больше нуля градусов относительно продольной оси z.

В вариантах осуществления контактный узел дополнительно отличается признаками любых из пунктов прилагаемой формулы изобретения.

В других вариантах осуществления контактный узел является дугогасящим контактным узлом и контактный палец является пальцем 4а дугогасящего контакта и/или контактный узел является узлом номинальных контактов и контактный палец является пальцем 3а номинального контакта.

Фиг. 6 является наложением фиг. 2 и 3. Отклоненный первый палец 4а дугогасящего контакта и соответствующий второй дугогасящий контакт 4b показаны штрихпунктирными линиями. Как можно видеть на объединенном виде фиг. 2, 3 и 6, второй дугогасящий контакт 4b движется с осевой скоростью Va в направлении первого пальца 4а дугогасящего контакта (смотрите фиг. 2) при закрывании до момента взаимодействия. Когда он воздействует на упомянутый первый палец 4а дугогасящего контакта с осевой скоростью Va (которая может таким образом называться далее в этой заявке), палец 4а дугогасящего контакта радиально перемещается вторым дугогасящим контактом 4b (смотрите фиг. 3). Заметим, что в целях упрощения описания было сделано предположение, что первый дугогасящий контакт 4а является неподвижным (скорость равна нулю) и только второй дугогасящий контакт движется со скоростью Va. Как упомянуто выше, первый дугогасящий контакт 4а также может быть подвижным, поэтому в этом случае осевая скорость Va (то есть, осевая скорость Va взаимодействия) является результирующей скоростью или суммарной скоростью (скорость контакта 4а + скорость контакта 4b). Специалист в данной области техники знает, что скорость высоковольтного контакта непостоянна на всем пути движения этого контакта, поскольку очевидно, что он должен ускоряться от нуля в его начальном местоположении до скорости контакта с сопряженным контактом. Однако такое ускорение здесь не учитывается. Очевидно, что осевая скорость Va, которая пригодна для целей описания настоящего изобретения, является скоростью взаимодействия, которая считается постоянной для временного интервала между моментами, показанными на фиг. 2 и 3 (одинаковое обозначение скорости на обоих чертежах, не представленных как функция времени).

На фиг. 6 схематично показан максимальный зазор dmax, то есть, максимальное радиальное перемещение или радиальное отклонение контакта 4а. Область над линией, определяющей максимальный зазор dmax (как показано в направлении нумерации страниц), предполагается другой частью электрического коммутационного устройства 1, причем ее точный характер для целей настоящего изобретения несущественен. Как обсуждалось в связи с уравнением 1, радиальное перемещение d или отклонение d первого пальца 4а дугогасящего контакта должно быть меньше, чем dmax, как показано на фиг. 6, где d - только часть двойной стрелки dmax ниже точки пересечения с штрихпунктирной линией. Просим заметить, что радиальное перемещение отклонения d обычно относится к углу β отклонения на d = l * sin(β), где l - расстояние от точки крепления контактного пальца 4а до верхней области контактного пальца 4, где происходит взаимодействие.

Хотя здесь показаны и описаны предпочтительные в настоящее время варианты осуществления, следует отчетливо понимать, что изобретение этим не ограничивается и может быть осуществлено и реализовано на практике по-другому, не отступая от объема последующей формулы изобретения. Поэтому такие термины, как "предпочтительно", "в частности" или "конкретно"/"преимущественно" и т.д. означают только необязательные или примерные варианты осуществления.

В частности, термин "плоский" должен пониматься в общем смысле как относящийся к плоской поверхности, то есть к двумерной плоской области или плоскости, исключая, таким образом, (одномерные) края или ребра или даже углы или скругленные формы; смотрите также определение, например, на http://en.wiktionary.org/wiki/planar.

Дополнительно, в частности, термин "контактные пальцы" или "каркас из контактных пальцев" означает множество вытянутых, гибких, радиально изогнутых контактных элементов, которые обычно располагаются в конфигурации типа тюльпана концентрически вокруг продольной оси. Термин "контактные пальцы" не содержит и исключает контактное лезвие, которое не скользит, а имеет значительную ширину, поперечную его длине, и образует широкую контактную область типа лезвия, такую, что одно лезвие обеспечивает полную токопроводящую способность.

Список ссылочных позиций

1 Автоматический выключатель
2 Основание пальца
Контактный палец первого номинального контакта
3b Второй номинальный контакт
Первый дугогасящий контакт, пальцы первых дугогасящих контактов
4b Второй дугогасящий контакт
5 Оболочка, кожух
Первая область взаимодействия
7b Вторая область взаимодействия
8 Контактная область
9 Экран
10 Первая переходная область
Va Относительная осевая скорость
Vr Радиальная скорость
Vrr Относительная радиальная скорость
α Угол наклона
β Угол компенсации, угол отклонения
z Продольная ось (коммутационного устройства или контактного узла)
d Радиальное перемещение контактного пальца, радиальное отклонение первых пальцев дугогасящих контактов
dmax Радиальный зазор контактного пальца, радиальный зазор пальцев первых дугогасящих контактов

1. Электрическое коммутационное устройство (1) с продольной осью (z), содержащее по меньшей мере один контактный узел, причем контактный узел содержит первый контакт и сопряженный второй контакт (4b, 3b), при этом первый контакт содержит по меньшей мере один контактный палец (4а, 3а),

контактный палец (4а, 3а) выполнен с возможностью упругого деформирования в радиальном направлении при замыкании коммутационного устройства (1),

причем для замыкания и размыкания электрического коммутационного устройства (1) первый контакт и/или сопряженный контакт (4а, 3b) выполнены с возможностью перемещаться параллельно продольной оси (z) и взаимодействовать с другим указанным контактом,

контактный палец (4а, 3а) содержит на свободном конце первую область (7а) взаимодействия, в которой происходит первое контактирование со вторым контактом (4b) при замыкании электрического коммутационного устройства (1),

отличающееся тем, что первая область (7а) взаимодействия образована первой плоской поверхностью, расположенной под углом (α) наклона больше 0єотносительно продольной оси (z),

причем указанная первая плоская поверхность является двумерной плоской областью.

2. Электрическое коммутационное устройство (1) по п. 1, в котором указанный по меньшей мере один контактный узел представляет собой или содержит дугогасящий контактный узел, причем первый контакт представляет собой или содержит первый дугогасящий контакт, содержащий по меньшей мере один палец (4а) дугогасящего контакта, а указанный сопряженный второй контакт представляет собой или содержит сопряженный второй дугогасящий контакт (4b),

в частности, для замыкания и размыкания электрического коммутационного устройства (1) по меньшей мере один из дугогасящих контактов выполнен с возможностью перемещаться параллельно продольной оси (z) и взаимодействовать с другим указанным дугогасящим контактом.

3. Электрическое коммутационное устройство (1) по п. 1, в котором указанный по меньшей мере один контактный узел представляет собой или содержит номинальный контактный узел, при этом указанный первый контакт представляет собой или содержит первый номинальный контакт, содержащий множество пальцев (3а) номинального контакта и образующий каркас из пальцев, концентрический относительно продольной оси (z), а сопряженный второй контакт представляет собой или содержит сопряженный второй номинальный контакт (3b),

в частности, для замыкания и размыкания электрического коммутационного устройства (1) по меньшей мере один из указанных номинальных контактов выполнен с возможностью перемещаться параллельно продольной оси (z) и взаимодействовать с другим указанным номинальным контактом.

4. Электрическое коммутационное устройство (1) по п. 2, в котором указанный по меньшей мере один контактный узел представляет собой или содержит номинальный контактный узел, при этом указанный первый контакт представляет собой или содержит первый номинальный контакт, содержащий множество пальцев (3а) номинального контакта и образующий каркас из пальцев, концентрический относительно продольной оси (z), а сопряженный второй контакт представляет собой или содержит сопряженный второй номинальный контакт (3b),

в частности, для замыкания и размыкания электрического коммутационного устройства (1) по меньшей мере один из указанных номинальных контактов выполнен с возможностью перемещаться параллельно продольной оси (z) и взаимодействовать с другим указанным номинальным контактом.

5. Электрическое коммутационное устройство (1) по п. 1, в котором первый контакт содержит по меньшей мере один дополнительный контактный палец, имеющий такую же форму, что и контактный палец (4а).

6. Электрическое коммутационное устройство (1) по любому из пп. 1-5, в котором контактный палец (4а, 3а) содержит контактную область (8), причем указанная первая область (7а) взаимодействия расположена между контактной областью (8) и кончиком указанного свободного конца контактного пальца (4а, 3а), если смотреть вдоль продольной оси (z), при этом, когда электрическое коммутационное устройство (1) замкнуто, контактный палец (4а, 3а) имеет контакт в контактной области (8) со вторым сопряженным контактом (4b, 3b), в конечном положении указанного второго сопряженного контакта (4b, 3b).

7. Электрическое коммутационное устройство (1) по п. 6, в котором контактная область (8) образована второй плоской поверхностью, которая параллельна продольной оси (z), в частности вторая плоская поверхность является двумерной плоской областью.

8. Электрическое коммутационное устройство (1) по п. 6, в котором в разомкнутой конфигурации электрического коммутационного устройства (1) контактная область (8) образована второй плоской поверхностью, которая наклонена относительно продольной оси (z) в угловом направлении, противоположном направлению наклона первой области (7а) взаимодействия, на угол (β) компенсации, по существу равный углу отклонения контактного пальца (4а), когда электрическое коммутационное устройство (1) находится в замкнутой конфигурации, в частности, указанная вторая плоская поверхность является двумерной плоской областью.

9. Электрическое коммутационное устройство (1) по любому из пп. 1-5, в котором угол (α) наклона первой области (7а) взаимодействия относительно продольной оси (z) такой, что радиальное перемещение (d) контактного пальца (4а, 3а) определяется уравнением

где d - радиальное перемещение контактного пальца (4а, 3а), m - масса контактного пальца (4а, 3а), k - жесткость пальца для контактного пальца (4а, 3а), Va - относительная осевая скорость второго сопряженного контакта (4b, 3b) относительно первого контакта во время взаимодействия и α - угол наклона первой области (7а) взаимодействия,

в частности радиальное перемещение (d) выбрано равным или меньшим, чем радиальный зазор (dmax) контактного пальца (4а, 3а).

10. Электрическое коммутационное устройство (1) по п. 7, в котором угол (α) наклона первой области (7а) взаимодействия относительно продольной оси (z) такой, что радиальное перемещение (d) контактного пальца (4а, 3а) определяется уравнением

где d - радиальное перемещение контактного пальца (4а, 3а), m - масса контактного пальца (4а, 3а), k - жесткость пальца для контактного пальца (4а, 3а), Va - относительная осевая скорость второго сопряженного контакта (4b, 3b) относительно первого контакта во время взаимодействия и α - угол наклона первой области (7а) взаимодействия,

в частности, радиальное перемещение (d) выбрано равным или меньшим, чем радиальный зазор (dmax) контактного пальца (4а, 3а).

11. Электрическое коммутационное устройство (1) по п. 8, в котором угол (α) наклона первой области (7а) взаимодействия относительно продольной оси (z) такой, что радиальное перемещение (d) контактного пальца (4а, 3а) определяется уравнением

где d - радиальное перемещение контактного пальца (4а, 3а), m - масса контактного пальца (4а, 3а), k - жесткость пальца для контактного пальца (4а, 3а), Va - относительная осевая скорость второго сопряженного контакта (4b, 3b) относительно первого контакта во время взаимодействия и α - угол наклона первой области (7а) взаимодействия,

в частности радиальное перемещение (d) выбрано равным или меньшим, чем радиальный зазор (dmax) контактного пальца (4а, 3а).

12. Электрическое коммутационное устройство (1) по любому из пп. 1-5, в котором указанный второй контакт (4b) содержит на своем свободном конце вторую область (7b) взаимодействия, в которой происходит первое контактирование с контактным пальцем (4а) при замыкании электрического коммутационного устройства (1), при этом, в частности, вторая область (7b) взаимодействия является двумерной плоской областью, параллельной первой области (7а) взаимодействия, или вторая область взаимодействия (7b) скруглена.

13. Электрическое коммутационное устройство (1) по любому из пп. 1-5, в котором угол (α) наклона имеет величину не более 15 и не менее 5°.

14. Электрическое коммутационное устройство (1) по п. 9, в котором угол (α) наклона имеет величину не более 15 и не менее 5°.

15. Электрическое коммутационное устройство (1) по любому из пп. 1-5, в котором на контактном пальце (4а, 3а) первая переходная область (10) между первой областью (7а) взаимодействия и контактной областью (8) скруглена и/или на втором сопряженном контакте (4b, 3b) сопряженная вторая переходная область второго сопряженного контакта (4b, 3b) скруглена.

16. Электрическое коммутационное устройство (1) по п. 4, в котором пальцы (3а) номинального контакта имеют такую же форму, что и палец (4а) дугогасящего контакта.

17. Электрическое коммутационное устройство (1) по любому из пп. 1-5, которое является заземляющим устройством, быстродействующим заземляющим устройством, автоматическим выключателем, автоматическим выключателем генератора, коммутационным разъединителем, объединенным разъединителем и заземляющим переключателем или переключателем для отключения нагрузки.

18. Электрическое коммутационное устройство (1) по п. 2, в котором первый дугогасящий контакт содержит множество пальцев (4а) дугогасящего контакта, образующих каркас из пальцев дугогасящего контакта, концентрический относительно продольной оси (z), а сопряженный второй контакт представляет собой или содержит сопряженный второй дугогасящий контакт (4b).

19. Контактный узел для электрического коммутационного устройства (1) по любому из пп. 1-18, имеющий продольную ось (z) и содержащий контактный палец (4а, 3а), который содержит на своем свободном конце первую область (7а) взаимодействия, в которой происходит первое контактирование со вторым сопряженным контактом (4b, 3b) электрического коммутационного устройства (1) при замыкании электрического коммутационного устройства (1),

отличающийся тем, что первая область (7а) взаимодействия образована первой плоской поверхностью, расположенной под углом (α) наклона больше 0є относительно продольной оси (z), причем указанная первая плоская поверхность является двумерной плоской областью.

20. Контактный узел по п. 19, который содержит узел дугогасящего контакта, причем контактный палец содержит палец (4а) дугогасящего контакта.

21. Контактный узел по п. 19, который содержит узел номинального контакта, причем контактный палец содержит палец (3а) номинального контакта.

22. Контактный узел по п. 20, который представляет собой узел дугогасящего контакта, причем контактный палец содержит палец (4а) дугогасящего контакта.

23. Контактный узел по п. 21, который представляет собой узел номинального контакта, причем контактный палец содержит палец (3а) номинального контакта.

24. Контактный узел по любому из пп. 20-23, в котором указанный первый контакт содержит множество контактных пальцев (4а, 3а), образующих каркас из контактных пальцев, концентрический относительно продольной оси (z), и указанный сопряженный второй контакт представляет собой или содержит сопряженный второй дугогасящий контакт (4b, 3b).



 

Похожие патенты:

Электрическое коммутационное устройство содержит узел номинального контакта, который содержит первый номинальный контакт, имеющий множество пальцев номинального контакта, образующих каркас из пальцев, концентрический относительно продольной оси, и сопряженный второй номинальный контакт, а также узел дугогасящего контакта, который содержит первый дугогасящий контакт и сопряженный второй дугогасящий контакт, при этом первый дугогасящий контакт содержит палец дугогасящего контакта. Палец дугогасящего контакта содержит на его свободном конце первую область взаимодействия, в которой происходит первое контактирование со вторым дугогасящим контактом при замыкании электрического коммутационного устройства. Первая область взаимодействия образована первой плоской поверхностью, расположенной под углом наклона больше 0° относительно продольной оси. Техническим результатом является повышение надежности путем предотвращения повреждения контактных пальцев. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх