Вакуумный выключ.лтель

 

О П И С А Н И Е 29О34!

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союа Советских

Социалистических

Рвсптблнк

3 ависи мое от авт. свидетельства ¹

МПК Н Olh 3366

Заявлено 20.V.1967 (K 1158591/24-7) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Комитет по делам изобретений и открытий при Совета Министров

СССР

УДК 621.316.542.064.26..027.3 (088.8) Опуолико!.ти!! 22.XI1.1970. Б!«г!лстепь № 2 за 1!)71

Дата опус>ликования описания 22.11.1971

Авторы изобретения

В. С. Потокин и В. И. Раховский

Заявитель

ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Известны вакуумные выключатели, содержащие вакуумированную секционированную дугогасительиую камеру с развитой внешней поверхностью, внутри которой расположены металлические экраны, укрепленные на металлических прокладках, вакуумноплотно соединяющих секции корпуса камеры, неподвижный и подвижные контакты, образующие несколько, например три, последовательно расположенных дугогаcягцих промежутка.

Контакты перемещаются под действием пружинящих элементов, каждый из которых выполнен, например, в виде двух концентрично расположенных сильфонов с герметично закрытой полостью между ними, заполненной изолирующим веществом.

Указанные выключатели имеют электрическую прочность, достаточную для работы в электрических сетях с номинальным напряжением 10 — 20 кв.

Для коммутации тока в цепях с более высоким напряжением, например 110 кв, необходимо соединять до пяти вакуумны выключателей последовательно, что усложняет конструкцию привода и снижает надежность работы в целом.

В предложенном выключателе с целью повышения электрической прочности указанные подвижные контакты и экраны установлены таким образ м, что длина дугогасящих промежутков в разомкнутом состоянии контактов и расстояния к!е>кду экранами последовательно увеличиваются, начиная от неподвижного контакта. Каждьш нечетный экран электрически сое гне;! с контактом, расположенным внутри этого экрана, и защищает пружинящий элеме!гг, а каждый четный экрnн полностью изолирован и охватывает ближайший дугогасящий промежуток, причем

10 герметичная полость между сильфонами заполнена, например, нейтральным газом, находящимся под давлением. Для:повышения срока служб!>! внутрснняя поверхность каждой секцш! изоляционного корпуса может

15 быть выполнена разветвленной с изолированными карманами, которые защищают места соединения секций с металлическими прокладками от напыления при горении дуги на контактах.

20 На чертеже изображена конструкция предлагаемого вакуумного выключателя.

В предлагаемой конструкц!ш имеются несколько дугогасящих промежутков, например три, 1, !1 и 111. Количество разрывов

25 определяется величиной напряжения, ири котором будет работать выключатель. Для увеличения электрической прочности необходимо равномерно распределить напряжение !

> е:>к д >>, > го г !! с я (ц и м и и р 0.> е ж >> T l ÿ м и. Д л я

30 этого каждый из контактов электрически со2(В 341

3 единяется с соответствующим ближайшим изолированным металлическим экраном, На чертеже видно, что такими экранами являются нечетные экраны. Каждьш из четных экранов охватывает дугогасящий промежуток. В разомкнутом состоянии вакуумный выключатель представляет соединенную .последовательно цепочку конденсаторов, обкладками которых являются экраны и контакты.

Каждый из экранов и контактов, .кроме того, обладает определенной емкостью по отношению к земле, которая уменьшается по мере удаления от земли. Так как емкости между экранами и контактами по величине соизмеримы с соответствующими емкостями по 0Iношению к земле и параллельны им, то последние существенно уменьшают суммарные емкости по мере удаления от земли. Как известно, напряжение по цепочке конденсаторов распределяется обратно пропорционально емкостям,,поэтому в вакуумном выключателе на самый удаленный от земли промежуток между контактами и экранами приходится наибольшее напряжение. Чтобы равномерно распределить напряжение, необходимо увеличить емкость верхних промежутков. Это чостигается за счет уменьшения расстояния как между соответствующими экранами, так и контактами.

Чтобы заставить перемещаться внутренние подвижные контакты, которые нс имеют выхода наружу, их скрепляют с пружинящими элементами. Такой элемент выполняется илп из прухкины, материал которой сохраняет свои упругие свойства при высоких температурах, или собирается из двух сильфопов, один из которых вставлен внутрь другого.

Кромки сильфонов герметично соедине|ны между собой, например, аргонодуговой свар кой. Предварительно, .перед заваркой последнего шва, пространство iIe>«zy сильфонами заполняется нейтральным газом под давлением. Такой сильфоиный узел, помещенный в вакуум, приобретает способность расширяться под действием газа, заключенного между спльфонами. Сжатие всех пружинных элементов до соприкосновения всех контактных пар происходит под воздействием привода и атмосферного давления на внешний подвижный контакт.

При горении, дуги контакты вакуумного выключателя разрушаются с образованием металлического пара, который разлетается во все стороны из дугового иром< жутка и оседает на более холодных поверхностях, в том числе на внутренних стенках корпуса, проникая в пространство между металлическими экранами. Слой металла, осевший на поверхность изолятора, имеет наибольшую толщину в середине, напротив пространства между экранами. K торцам изолятора этот слой уто!!ьшается вплоть до моноатомното и представляет собой сочетание отдельных острий, Естественно, что именно эти острия являются центрами возникновения пробоя по

65.поверхности при подаче на выключатель высокого напряжения. Чтобы уменьшить напряженность электрического поля в этом месте, в конструкции изолятора предусмотрены cIIOциальные пзоляцио1шые карманы, внутрь KOторых направлены края папыленного слоя.

Вакуумный выключатель содержит непо движный контакт 1 и трп подвижных, два из которых 2 и 8 целиком находятся внутри вакуумированно! о пространства, а третий (4) имеет выход наружу через сильфон 5. BIIyтренние 1!одвижные контакты 2 и 8 благодаря тому, что OIII! соединены с пружинящими элементами, могут совершать возвратно-поступательное перемещение.

Пругжинны!! элемент состоит пз двух сильфонов 6 и 7, вставленных один в другой.

Между собой сильфоны герме1ично соединены. Перед сваркой пространство между сильфонами заполняется газом, например нейтральным. Пружи11ящий элемент может быть просто пружиной из материала, не теряющего своих упругих свойств при температуре до

800 †10"С.

Внутри сильфонов 6 расположены направляющие 8, которые центрируют внутренние подв!! Кные контакты 2 и А Наругкный подвижный контакт 4 центрируется с помощью прокладки 9, выполненной из органического материала, обладающего низким коэффициентом трения по отношению к металлам, например фторопласта. Прокладка 9 вставлена в цилиндр 10, сваренный с крепежным фланцем 11, и закрыта крышкой 12. Крепежный флапец 11 с помощью переходного кольца 13 скреплен с цилиндром 14, который с одной стороны герметически сварен с сильфоном 5, а с другой — с нижним фланцем 15, оканчнвающимся металлической прокладкой, вакуумноплотно соединс1п!ой с секцией керамического кор пуса 16 и кольцом 17, служащим компепсатором напря>кепи!1, возш!ка!ощих в керамическом корпусе прп изменениях температуры кольца. Кольцо х!ожет быть выполнено как из керамики, так и из металла, обладающего аналоги шыми коэффициентами термического расширения, например молибдена. Такую же роль играет и кольцо 18, укрепленное на противоположном торце выключателя. Металлический фланец 15 снаруIi0p11vcB 0KB II 1 ïâàåòñÿ ле1шем 19, имеющим впд торазакрывающего места сная керамики с металлом. Аналогичные прокладки с закруглениями применены для вакуумноплотного соединения всех остальных изоляционных секций корпуса между собой. Прокладка в торцевой части корпуса выполнена заодно с плоским фланцем 20, вакуумноплотно спаянным с неподвижным контактом 1. С фланцем 20 прочно скреплен металлический экран 21, который, следовательно, имеет одинаковый потенциал с |неподвп кным контактом 1. Металлический экран 22 охватывает дугогасящий промежуток 1, защищает внутренние стенки корпуса

290341

65 от напыления и участвует в делении напряжения. Экран 22 имеет свободный потенциал каK при замкнуть х, так и при разомкнутых контaктах.

Металлический экран 28 выполнен более прочным, -так как на нем укрсплена направляющая 8, которая центрирует при движении контакт 2. Внутри экрана 23 расположен пружинящий элемент, приводящий в движение при размыкании контакт 2. Таким образом экран 23 и»eer одинаковый потенциал с внутренним подвижным контактом 2. Экран 23 защищает сильфон пружинящего элемента от расплав IeHHblx капель металла. образующихся при горении дуги в дугогасящих промежутках 1 и П, защищает внутренние стенки корпуса от металлизации парами контактов и способствует более равномерному распределеншо напря>кения при разомкнутых контактах как вдоль корпуса, так и вдоль контактной системы.

Дугогасящий промежуток П охватывается металлическим экраном 24, который выполняет те же функции, что и экран 22. Внутри прочного металлического экрана 25 располо>кен второй пру>кипящий элемент, приводящий в движение при размыкании контакт 8, и направляющая 8, которая центрирует подвижный контакт 3. Экран 25 имеет одинаковый потенциал с подвижным контактом 3 и выполняет те же функции, что и экран 28.

Изолированный металлический экран 26 охватывает дугогасящпй проме>куток ПI и играет такую же роль, как и экраны 22 и 24.

Металлический экран 27 укреплен на ни>кием торцевом фланце 15.

Экраны 22 — 26 выполнены заодно с мета 1лическими прокладками 28, вакуумноплотно соединяющими между собой одинаковые секции изоляционного корпуса. Экраны 21 и

27 укреплены на торцевых металлических фланцах 20 и 15.

Таким образом, все нечетные экраны 21, 28, 25 и 27 имеют один и тот же электрический потенциал, когда, контакты замкнуты, и обладают электрическим потенциалом, одинаковым с соответствующим контактом, когда контакты разомкнуты. Эти экраны участвучот в делении напряжения при разомкнутых контактах не только по секциям вдоль изоляционного корпуса, но и по дугогасящи» разрывам 1, П и ПI вдоль токоведущего стержня.

Все четные экраны 22, 24 и 26 охватывают ближайшие к ним дугогасящие промежутки, соответственно 1, П и III, предохраняют стенки корпуса от металлизации парами металла контактов и участвуют в делении напряжения по секциям вдоль изоляционного корпуса.

Все четные экраны имеют свободный потенциал, определяемый соотношением емкостей.

Как известно, напряжение по цепочке последовательно соединенных конденсаторов делится обратно пропорционально емкости каждого конденсатопа. Казалось бы, что для

zo

60 равномерного распрелеления напряжения в преллагаемом,вакуумном выключателе необходимо добиваться одинаковых емкостей межлу всеми экранами и разрывами, т. е. расположить экраны на одинаковом расстоянии друг от друга и от контактов, дугогасящие промежутки тоже сделать одинаковыми.

Но каждый из экранов облалает емкостью по отношению к земле. которая уменьшается по мере удаления экрана от земли. Так как эти емкости на землю параллельны емкостям между экранами, то суммарные емкости уменьшаются по мере удаления экранов от земли при вертикальном расположении вакуумного выклю дателя. Благодаря этому на верхний разрыв приходится наибольшее на:Ioëõ åHèå. Необходимо, чтобы внутренние емкости между контактами и экр lrràìè увеличивались по мере удаления от земли. Для выполнения этого условия расстояния между экранами 29, 80, 31, 82 и 88» дугогасящие промежутки 1, П и ПI в разомкнутом состоянии должны увеличиваться по мере прибли>кения к заземленному контакту. Для ограничения хода BHóòðåtríè.; подвижных контактов контакты 2 и 3 выполнены соответственно с буртиками 34 и 85. Чтобы увеличить пробивнос напряжение по наружной поверхности корпуса вакуумного выключателя. каждая из секций выполняется с несколькими наружными ребрами 86.

Как известно, при горении луги на контактах образуется металлический .пар, который разлетается из дугor асящего промежутка и конденсируется, в основном, на внутренней поверхности экранов 22, 24 и 25. Некоторая часть паров в результате мпогократ

88, каждое из которых начинается от противоположных концов каждой из секций. Ответвления 87 и 88 направлены к середине секций и образуют с их внутренней поверхностью и "îëÿöèîííûå карманы 89 и 40. Ответвления 37 и 38 не должны выходить за пределы соответствующих экранов, тогда они не будут металлизироваться. В этом случае острые края слоя напыленного металла будут обращены внутрь изоляционных карманов 39 и 40 и от металлических прокладок 28 между секциями 16 будут отделяться поверхностью ответвлений 37 и 88.

Предмет изобретения

1. Вакуумный выключатель, содержащий вакуумированную секционированную дугога290341 сптельную камеру с развитой внешней поверхностью, внутри которой расположены металлические экраны, укрепленные на металлических I!1)0! ëÇäê!!. !, Вс1куумноГ!ло! !!о соединяющих секции корпуса камеры, неподвижный и подвижные контакты, образующие несколько, например трп, последовательно распо !олексиных дугогасящпх промежутка, причем,контакты перемещаются под действием пружин!ящих элементов, каждый из которых выполнен, например, в виде двух концентрично расг!оложенных сильфонов с терметично закрытой полостью между ними, заполненной изолирующим веществом, от ги«аюшийся тем, что, с целью повышения электрической прочности, подвижные контакты и экраны установлены таким образом, что длина дугогасящих промежутков в разомкнутом состоянии контактов и расстояния между экранами по5 ю

15 следовательно увеличиваются, начиная от неподвижного контакта, каждый нечетный экран электрически соединен с контактом, расположенным внутри этого экрана, и защищает пружинящий элемент, а каждый четный экран полностью изолирован и охватывает ближайший дугогасящпй промежуток, причем герметичная полость между сильфонами заполнена, .например, нейтральным газом, находящимся под давлением.

2. Выключатель по п. 1, отлича!ош,ийся тем, что, с целью повышения срока службы, внутренняя поверхность каждой секции изоляционного корпуса выполнена развегвленной с изолированными карманами, которые защищают места соединения указанных секций с металлическими прокладками от напыления металла при горении дуги на контактах.