RU2098880C1

RU2098880C1 - Contact system of vacuum arc-quenching chamber

Info

Publication number: RU2098880C1
Application number: RU95121864A
Authority: RU
Inventors: И.А. Лукацкая; С.М. Селикатова; С.Н. Воскресенский
Original assignee: Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1995-12-26
Publication date: 1997-12-10

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: contact system has contacts at least one of which is separated into sequence of tangentially bent lugs by cuts which run in direction from periphery to center. Is greater than 0.8, r₁/R and R₂/R is greater than 0.5, where R is contact radius, r₁ and r₂ is distance between center of contact to tangents in direction of middle longitudinal line (which length is l) for each lug in two points. First point is located at peripheral end of this line, second one is space by 0.5 from it. EFFECT: increased functional capabilities. 7 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области сильноточных электрических выключателей, а именно к контактным системам вакуумных дугогасительных камер, которые являются основной частью вакуумных выключателей. The invention relates to the field of high-current electrical switches, and in particular to contact systems of vacuum arcing chambers, which are the main part of vacuum circuit breakers.

Известна контактная система вакуумной дугогасительной камеры [1] по меньшей мере один из контактов которой разделен прорезями, идущими по направлению от периферии контактов к центру, на ряд изогнутых в тангенциальном направлении лепестков, причем ширина прорезей зависит от величины отключаемого тока. The contact system of a vacuum interrupter chamber [1] is known, at least one of the contacts of which is divided by slots extending in the direction from the periphery of the contacts to the center into a series of petals bent in the tangential direction, and the width of the slots depends on the amount of disconnected current.

Указанная контактная система работает следующим образом. При отключении тока между контактами возникает дуга, которая под действием электродинамических усилий смещается на периферию в область расположения изогнутых в тангенциальном направлении лепестков. При протекании тока через дугу и лепестки создается радиальное магнитное поле и, следовательно, тангенциальное электродинамическое усилие, вращающее дугу по контактам. The specified contact system operates as follows. When the current is switched off between the contacts, an arc arises, which, under the action of electrodynamic forces, moves to the periphery in the location of the petals bent in the tangential direction. When current flows through the arc and the petals, a radial magnetic field is created and, therefore, a tangential electrodynamic force rotates the arc along the contacts.

Недостатком вышеуказанной контактной системы является то, что ее конструкция не учитывает взаимодействия дуги отключения с изолированным центральным экраном, окружающим контактную систему. При движении дуги по лепесткам с них один за другим слетают сгустки плазмы (плазмоиды), которые движутся к экрану, где рассеивается их энергия. В результате может происходить оплавление и испарение экрана, что уменьшает отключающую способность вакуумных дугогасительных камер. Плазмоиды движутся прямолинейно в направлении касательных к лепесткам в точках схода плазмоидов с лепестков. Нагрев экрана плазмоидами зависит от площади экрана, на которой их энергия рассеивается, т. е. от плоскости рассеиваемой энергии, которая в свою очередь зависит от угла падения плазмоидов на экран и угла, образованного радиусами контактной системы, проходящими через внешний и внутренний концы каждого лепестка. Чем больше упомянутые углы, тем меньше плотность энергии, рассеиваемой плазмоидами на экране. The disadvantage of the above contact system is that its design does not take into account the interaction of the tripping arc with an isolated central screen surrounding the contact system. When the arc moves along the petals, plasma clots (plasmoids) fly off one after another, which move to the screen, where their energy is scattered. As a result, screen fusion and evaporation can occur, which reduces the breaking capacity of the vacuum interrupter chambers. Plasmoids move rectilinearly in the direction tangent to the petals at the points where the plasmoids descend from the petals. The heating of the screen by plasmoids depends on the area of the screen on which their energy is dissipated, i.e., on the plane of dissipated energy, which in turn depends on the angle of incidence of the plasmoids on the screen and the angle formed by the radii of the contact system passing through the outer and inner ends of each lobe . The larger the angles mentioned, the lower the density of energy dissipated by the plasmoids on the screen.

Наиболее близкой к настоящему изобретению является контактная система [2] в которой так же, как и в вышеупомянутой, по меньшей мере один из контактов разделен прорезями на ряд изогнутых в тангенциальном направлении лепестков, причем угол между радиусами контакта, проведенными через внешний и внутренний концы каждой прорези, составляет не менее 360^o/n, где n число прорезей, т.е. радиус контакта, проведенный через любую точку контакта, пересекает по меньшей мере одну прорезь. Таким образом, в любой точке периферийной части контактной системы при горении в этой области дуги должно создаваться тангенциальное электродинамическое усилие, вращающее дугу. Следует отметить, что это условие очевидное: оно следует из самого принципа контактных систем этого типа. Эта контактная система обладает тем же недостатком, что и вышеупомянутая.Closest to the present invention is a contact system [2] in which, as in the aforementioned, at least one of the contacts is divided by cuts into a number of tangentially curved petals, the angle between the contact radii drawn through the outer and inner ends of each slot, is at least 360 ^o / n, where n is the number of slots, i.e. the contact radius drawn through any contact point intersects at least one slot. Thus, at any point in the peripheral part of the contact system, when burning in this region of the arc, a tangential electrodynamic force must be created that rotates the arc. It should be noted that this condition is obvious: it follows from the very principle of contact systems of this type. This contact system has the same drawback as the above.

Целью данного изобретения является устранение вышеуказанного недостатка, а именно увеличение отключающей способности контактной системы и вакуумной дугогасительной камеры в целом путем придания контактам такой формы, при которой уменьшается плотность рассеиваемой на центральном экране энергии плазмоидов, генерируемых дугой отключения. The aim of this invention is to eliminate the above drawback, namely increasing the breaking capacity of the contact system and the vacuum interrupter chamber as a whole by giving the contacts such a shape that reduces the density of the plasmoid energy dissipated on the central screen generated by the tripping arc.

Для достижения поставленной цели в контактной системе, по меньшей мере один из контактов которой разделен прорезями, идущими по направлению от периферии контакта к центру, на ряд изогнутых в тангенциальном направлении лепестков, причем угол между радиусами контакта, которые проходят через концы лепестка периферийный и внутренний, составляет не менее 360^o/n, где n - число лепестков. Предлагается каждому из указанных лепестков придать такую форму, при которой отношения r₁/R и r₂/R составляют не менее 0,8 и 0,5 соответственно, где R радиус контакта, r₁ и r₂ - расстояния от центра контакта касательных к средней продольной линии каждого лепестка длиной l в двух ее точках: на периферийном конце и на расстоянии 0,5 l от него соответственно, а отношение упомянутого угла к величине 360^o/n составляет не менее 1,1.To achieve this goal in the contact system, at least one of the contacts of which is divided by slots extending in the direction from the periphery of the contact to the center, into a series of petals bent in the tangential direction, and the angle between the contact radii that pass through the ends of the petal is peripheral and internal, is at least 360 ^o / n, where n is the number of petals. It is proposed that each of these petals be given a shape in which the ratios r ₁ / R and r ₂ / R are at least 0.8 and 0.5, respectively, where R is the radius of contact, r ₁ and r ₂ are the distances from the center of contact of the tangents to the average longitudinal line of each petal of length l at its two points: at the peripheral end and at a distance of 0.5 l from it, respectively, and the ratio of the said angle to the value of 360 ^o / n is not less than 1.1.

На фиг. 1 показан продольный разрез предлагаемой вакуумной дугогасительной камеры; на фиг. 2 и 3 виды контактов с круглыми пазами со стороны их рабочей поверхности; на фиг. 4 вид одного из контактов со стороны рабочей поверхности с пазами в виде ломаной линии; на фиг. 5 и 6 продольные разрезы одного из контактов с контактными выступами в виде круга и в виде кольца соответственно; на фиг. 7 продольный разрез одного из контактов, у которого контактирующая и дугогасящая части выполнены из разных материалов. In FIG. 1 shows a longitudinal section of the proposed vacuum interrupter chamber; in FIG. 2 and 3 types of contacts with round grooves from the side of their working surface; in FIG. 4 is a view of one of the contacts from the side of the working surface with grooves in the form of a broken line; in FIG. 5 and 6 are longitudinal sections of one of the contacts with the contact protrusions in the form of a circle and in the form of a ring, respectively; in FIG. 7 is a longitudinal section through one of the contacts, in which the contacting and arcing parts are made of different materials.

Вакуумная дугогасительная камера, представленная на фиг. 1, содержит контактную систему, состоящую из подвижного 1 и неподвижного 2 контактов, припаянных к соответствующим токовводам 3 и 4. Контакты 1 и 2 окружены центральным изолированным экраном 5, который с помощью держателя 6 закреплен в корпусе, состоящем из изоляторов 7 и 8. Корпус с торцов закрыт металлическими фланцами 9 и 10. Подвижный токоввод 3 соединен с корпусом через сильфон 11. Экран 12 предохраняет сильфон 11 от прожога каплями металла, вылетающими из контактов при горении дуги, возникающей при коммутациях тока. Направление движения подвижного токоввода при замыкании и размыкании контактов задается направляющим цилиндром 13. The vacuum interrupter chamber shown in FIG. 1, contains a contact system consisting of movable 1 and fixed 2 contacts soldered to the corresponding current leads 3 and 4. Contacts 1 and 2 are surrounded by a central insulated screen 5, which is secured by a holder 6 in a housing consisting of insulators 7 and 8. Housing from the ends it is closed by metal flanges 9 and 10. The movable current lead 3 is connected to the housing through a bellows 11. The screen 12 protects the bellows 11 from being burned by metal drops flying out of the contacts when the arc arises during current switching. The direction of movement of the movable current lead when closing and opening contacts is set by the guide cylinder 13.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При размыкании контактов и отключении тока возникает дуга, которая схематически изображена в виде заштрихованной области в промежутке между контактами 1 и 2. В дуге генерируются плазмоиды, показанные схематически на фиг. 1 пунктирными линиями в виде образований, имеющих форму чечевицы. Плазмоиды один за другим вылетают из промежутка между контактами 1, 2 по направлению к экрану 5, где рассеивается их энергия. When the contacts open and the current is turned off, an arc arises, which is schematically shown as a shaded area in the gap between contacts 1 and 2. Plasmoids are generated in the arc, shown schematically in FIG. 1 by dashed lines in the form of lentil-shaped formations. Plasmoids fly out one after another from the gap between contacts 1, 2 towards screen 5, where their energy is dissipated.

На фиг. 2 показан вид А-А контакта 1 со стороны рабочей поверхности. Контакт 1 разделен прорезями 14, идущими по направлению от периферии контакта к центру O контакта, на ряд лепестков 15. Образующие 16 и 17 прорезей 14 представляют собою концентрические окружности. На лепестке 15 приведена штрихпунктирная продольная средняя линия лепестка. Она проходит через точки CDE, где C и E периферийный и внутренний ее концы, а D точка, расположенная на расстоянии 0,5 l от точки C, где l длина средней продольной линии лепестка. Точка E расположена на середине прямолинейного отрезка, соединяющего середины G и K внутренних концов прорезей 14, между которыми расположен лепесток 15. Остальные точки средней продольной линии лепестка 15 определяются следующим образом. In FIG. 2 shows a view AA of the contact 1 from the side of the working surface. Contact 1 is divided by slots 14 extending in the direction from the periphery of the contact to the center O of the contact into a series of petals 15. The generatrices 16 and 17 of the slots 14 are concentric circles. On the petal 15 shows the dash-dotted longitudinal midline of the petal. It passes through the CDE points, where C and E are its peripheral and internal ends, and D is a point located at a distance of 0.5 l from point C, where l is the length of the middle longitudinal line of the lobe. Point E is located in the middle of a straight line segment connecting the midpoints G and K of the inner ends of the slots 14, between which the petal 15 is located. The remaining points of the middle longitudinal line of the petal 15 are defined as follows.

Из точки G проводится 1-ый ряд радиусов, пересекающих лепесток 15, начиная от радиуса, лежащего на прямой OG, где O центр контакта, и кончая радиусом GK. Далее проводится 2-ой ряд радиусов из центра контакта O, пересекающих лепесток 15 в остальной его части в направлении к периферийному концу с лепестка 15. Средняя продольная линия лепестка 15 проходит через середины отрезков прямых линий, образованных при пересечении радиусами 1-го и 2-го рядов вогнутой и выпуклой границ лепестка 15. Прямые пунктирные линии являются касательными к средней продольной линии CDE лепестка 15 в точках C и D. Отношения r₁/R и r₂/R составляют не менее 0,8 и 0,5 соответственно, где R радиус контакта, r₁ и r₂ расстояния от центра O указанных касательных к средней продольной линии, проведенных через точки C и D соответственно. Отношение угла α между двумя радиусами, проведенными из центра O контакта через точки C и E периферийного и внутреннего концов средней продольной линии лепестка, к величине 360/n составляет не менее 1,1.From point G, the first row of radii is drawn, intersecting the petal 15, starting from the radius lying on the straight line OG, where O is the center of contact, and ending with the radius GK. Next, a second row of radii is drawn from the contact center O, intersecting the petal 15 in the rest of it toward the peripheral end from the petal 15. The middle longitudinal line of the petal 15 passes through the midpoints of the straight line segments formed when the radii of the 1st and 2nd of the rows of the concave and convex borders of the petal 15. The straight dashed lines are tangent to the average longitudinal line of the CDE of the petal 15 at points C and D. The ratios r ₁ / R and r ₂ / R are at least 0.8 and 0.5, respectively, where contact radius r, r ₁ and r ₂ the distance from the center O yk associated tangent to the median longitudinal line drawn through the points C and D respectively. The ratio of the angle α between two radii drawn from the center O of the contact through points C and E of the peripheral and inner ends of the middle longitudinal line of the lobe to 360 / n is at least 1.1.

Плазмоиды, которые слетают с лепестка 15 в точках C и D, распространяются к экрану 5 в направлении касательных. Углы b₁ и β₂, образованные каждой из касательных с соответствующими радиусами экрана, проведенными через точки L₁ и L₂ пересечения указанных касательных с внутренней поверхностью экрана 5, являются углами падения плазмоидов на экран. Углы β₁ и β₂ падения плазмоидов на экран 5 тем больше, чем больше отношения r₁/R и r₂/R. Чем больше углы β₁, β₂ и α, тем больше площадь взаимодействия плазмоидов с экраном 5 и, следовательно, меньше плотность энергии, рассеиваемой плазмоидами на изолированном экране, и меньше его нагрев.Plasmoids that fly off the lobe 15 at points C and D extend to the screen 5 in the direction of the tangents. The angles b ₁ and β ₂ formed by each of the tangents with the corresponding radii of the screen drawn through the points L ₁ and L _{2 of the} intersection of these tangents with the inner surface of the screen 5 are the angles of incidence of the plasmoids on the screen. The angles β ₁ and β _{2 of the} incidence of plasmoids on the screen 5, the greater, the greater the ratio of r ₁ / R and r ₂ / R. The larger the angles β ₁ , β ₂ and α, the larger the interaction area of the plasmoids with the screen 5 and, therefore, the lower the energy density dissipated by the plasmoids on the isolated screen, and the less its heating.

Испытания показали, что придание контактам конфигурации в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет увеличить предельный ток отключения контактных систем в 1,7-2 раза без изменения диаметра контактов и экранов, что открывает возможность создания вакуумных дугогасительных камер с меньшими габаритами и массой. Tests have shown that giving the contacts a configuration in accordance with the invention allows to increase the limiting shutdown current of contact systems by 1.7-2 times without changing the diameter of the contacts and screens, which opens up the possibility of creating vacuum arcing chambers with smaller dimensions and weight.

В таблице приведены результаты этих испытаний для контактных систем двух диаметров D₁ и D₂ (D₁ < D₂) и двух конфигураций лепестков для каждого из диаметров: с соотношениями r₁/R и r₂/R меньше 0,8 и 0,5 соответственно, которые не подпадают под формулу изобретения, и больше 0,8 и 0,5 согласно изобретению. Результаты этих испытаний приведены в таблице.The table shows the results of these tests for contact systems of two diameters D ₁ and D ₂ (D ₁ <D ₂ ) and two petal configurations for each of the diameters: with ratios r ₁ / R and r ₂ / R less than 0.8 and 0, 5, respectively, which are not covered by the claims, and more than 0.8 and 0.5 according to the invention. The results of these tests are shown in the table.

На фиг. 3 показан вид Б-Б контакта 2 контактной системы вакуумной дугогасительной камеры, представленной на фиг. 1. Этот контакт имеет ту же конструкцию, что и представленный на фиг. 2. Образующие 16, 17 прорезей 14 контактов 1, 2 фиг. 2 и 3 представляют собою концентрические окружности, но направление прорезей в контактах фиг. 2 и 3 встречно, что обеспечивает вращение дуги при отключении тока и тем самым предотвращает недопустимый разогрев контактов и отказ при отключении. In FIG. 3 shows a view BB of the contact 2 of the contact system of the vacuum interrupter chamber shown in FIG. 1. This contact has the same construction as that shown in FIG. 2. Generating 16, 17 slots 14 of contacts 1, 2 of FIG. 2 and 3 are concentric circles, but the direction of the slots in the contacts of FIG. 2 and 3 counter, which ensures the rotation of the arc when the current is turned off and thereby prevents unacceptable heating of the contacts and failure during shutdown.

Требования к конструкции контактов, соответствующие данному изобретению, могут быть удовлетворены и при форме прорезей 14, отличающейся от показанной на фиг. 2 и 3. Например, прорези могут иметь форму ломаной линии, как это показано на фиг. 4. Число прорезей данным изобретением не регламентируется. Так на фиг. 2 и 3 контакты имеют по три прорези, на фиг. 4 шесть. The design requirements of the contacts in accordance with this invention can also be satisfied with the shape of the slots 14, which differs from that shown in FIG. 2 and 3. For example, the slots may be in the form of a broken line, as shown in FIG. 4. The number of slots of this invention is not regulated. So in FIG. 2 and 3, the contacts have three slots, in FIG. 4 six.

Контакты в соответствии с указанным изобретением могут быть выполнены, как это показано на фиг. 1-4, без контактного выступа, т.е. контактирование может происходить по всей контактной поверхности. В этом случае контактный материал должен обеспечивать не слишком большую силу сварки контактов при включениях тока, чтобы привод вакуумного выключателя был в состоянии разорвать сварку. Этому требованию удовлетворяет, например, хромомедный контактный материал и не удовлетворяет медь. Возможно также выполнение контактов с центральным контактным выступом с плоской поверхностью или с углублением в центре, как это показано на фиг. 5, 6 соответственно, где представлены продольные разрезы контактов. The contacts in accordance with this invention can be made as shown in FIG. 1-4, without contact protrusion, i.e. contacting can occur over the entire contact surface. In this case, the contact material should not provide too much welding power of the contacts when the current is turned on, so that the drive of the vacuum circuit breaker is able to break the welding. This requirement is met, for example, by a chromium-copper contact material and not satisfied by copper. It is also possible to make contacts with the central contact protrusion with a flat surface or with a recess in the center, as shown in FIG. 5, 6, respectively, where longitudinal sections of the contacts are presented.

Каждый из контактов 1, 2 или оба контакта могут быть выполнены как одно целое из одного материала, например, хромомедного, как показано на фиг. 1-6, или из двух различных материалов, как показано на фиг. 7. В этом случае контактирующая деталь 18 может быть выполнена из материала, обеспечивающего сравнительно небольшую силу сварки, например, из сплава медь-висмут или медь-висмут-бор, а дугогасящая деталь 19, например, из меди. Each of contacts 1, 2, or both contacts can be made integrally from one material, for example, chromo-copper, as shown in FIG. 1-6, or of two different materials, as shown in FIG. 7. In this case, the contacting part 18 can be made of a material that provides a relatively small welding force, for example, from a copper-bismuth or copper-bismuth-boron alloy, and the arcing part 19, for example, from copper.

Claims

The contact system of the vacuum interrupter chamber, at least one of the contacts of which is divided by slots extending in the direction from the periphery of the contact to the center, into a number of tangentially curved petals, the angle between the contact radii passing through the peripheral and inner ends of the middle longitudinal line of the petal is at least 360 / n, where n is the number of petals, characterized in that the ratios r ₁ / R and r ₂ / R are at least 0.8 and 0.5, respectively, where R is the contact radius, r ₁ and r _{2 are the} distances from contact center a tangent to the median longitudinal line length l of each lobe at two points, one of which is located at the distal end and the other at a distance 0,5l from it, and the ratio of said angle to the value of 360 / n is not less than 1.1.