RU2178927C1 - Contact system of vacuum arc chute ( variants ) - Google Patents
Contact system of vacuum arc chute ( variants ) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2178927C1 RU2178927C1 RU2000115381A RU2000115381A RU2178927C1 RU 2178927 C1 RU2178927 C1 RU 2178927C1 RU 2000115381 A RU2000115381 A RU 2000115381A RU 2000115381 A RU2000115381 A RU 2000115381A RU 2178927 C1 RU2178927 C1 RU 2178927C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- contact
- contacts
- contact system
- working surface
- working
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области сильноточных электрических выключателей, а именно к контактным системам вакуумных дугогасительных камер, которые являются основной частью вакуумных выключателей и вакуумных контакторов. 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 and vacuum contactors.
Известны три основных вида контактных систем. К первым двум видам относятся контактные системы, конструкция которых при отключении тока обеспечивает создание магнитного поля в области рабочих поверхностей контактов, управляющего поведением дуги отключения. Первый из этих видов - это контактные системы с магнитным полем, параллельным оси контактной системы, так называемые контактные системы с аксиальным магнитным полем. Они применяются в вакуумных дугогасительных камерах, предназначенных для силовых вакуумных выключателей с номинальными токами отключения 10-200 кА. Three main types of contact systems are known. The first two types include contact systems, the design of which, when the current is cut off, ensures the creation of a magnetic field in the area of the contact working surfaces that controls the behavior of the disconnection arc. The first of these types is contact systems with a magnetic field parallel to the axis of the contact system, the so-called contact systems with an axial magnetic field. They are used in vacuum interrupter chambers designed for power vacuum circuit breakers with rated breaking currents of 10-200 kA.
Второй вид - это контактные системы с радиальным магнитным полем. Они применяются в вакуумных дугогасительных камерах, предназначенных для силовых вакуумных выключателей с номинальными токами отключения 10-50 кА. Контакты контактной системы третьего вида имеют форму простых дисков или цилиндров. Они применяются в вакуумных дугогасительных камерах, предназначенных для вакуумных контакторов, вакуумных выключателей нагрузки, силовых вакуумных выключателей и других коммутационных аппаратов с номинальными токами отключения до 10 кА. Все три вида контактных систем отличаются один от другого по конструктивным признакам и принципу действия. The second type is contact systems with a radial magnetic field. They are used in vacuum interrupter chambers designed for power vacuum circuit breakers with rated tripping currents of 10-50 kA. The contacts of the third type contact system are in the form of simple disks or cylinders. They are used in vacuum interrupter chambers designed for vacuum contactors, vacuum circuit breakers, vacuum circuit breakers and other switching devices with rated breaking currents up to 10 kA. All three types of contact systems differ from each other in terms of design and operating principle.
Предлагаемое изобретение распространяется на контактные системы всех трех видов. Ниже приведены описания изобретений трех видов (вариантов) контактных систем. The present invention extends to contact systems of all three types. The following are descriptions of the inventions of three types (options) of contact systems.
Первый вариант изобретения относится к контактным системам с аксиальным магнитным полем, представляющим собою контактные системы первого вида. The first embodiment of the invention relates to contact systems with an axial magnetic field, which are contact systems of the first kind.
Известна контактная система [1] вакуумной дугогасительной камеры, включающая соосные присоединенные к токовводам подвижный и неподвижный контакты, каждый из которых содержит контактную накладку в виде диска с плоской рабочей поверхностью и по меньшей мере один из них содержит индуктор, состоящий из ряда дугообразных секций, причем один из концов каждой секции присоединен к тыльной стороне контактной накладки, другой - к токовводу вакуумной дугогасительной камеры, а концы соседних дугообразных секций перекрывают друг друга. A known contact system [1] of a vacuum arcing chamber, including coaxial movable and fixed contacts connected to current leads, each of which contains a contact plate in the form of a disk with a flat working surface and at least one of them contains an inductor consisting of a number of arcuate sections, moreover one of the ends of each section is attached to the back side of the contact patch, the other to the current lead of the vacuum arcing chamber, and the ends of adjacent arcuate sections overlap each other.
Указанная контактная система работает следующим образом. The specified contact system operates as follows.
Ток в вакуумной дугогасительной камере протекает через токовводы, индукторы и контактные накладки, если контакты замкнуты, а в процессе отключения тока также и через дугу, возникающую между рабочими поверхностями контактных накладок. Ток индуктора создает в области нахождения дуги и контактных накладок аксиальное магнитное поле. В аксиальном магнитном поле дуга распространяется по рабочей поверхности контактных накладок, а напряжение на дуге не превышает 100 вольт. Такую форму дуги называют диффузной. Возникновение диффузной формы дуги предотвращает недопустимый локальный перегрев рабочих поверхностей контактных накладок, приводящий к отказу при отключении аварийных токов. Взаимное перекрытие концов соседних дугообразных секций индукторов вводится для того, чтобы обеспечить существование аксиального магнитного поля на границах между соседними секциями индуктора и тем самым увеличить отключающую способность контактной системы. The current in the vacuum interrupter chamber flows through current leads, inductors and contact plates, if the contacts are closed, and during the disconnection of the current also through the arc between the working surfaces of the contact plates. The inductor current creates an axial magnetic field in the region where the arc and contact pads are located. In an axial magnetic field, the arc propagates along the working surface of the contact pads, and the voltage on the arc does not exceed 100 volts. This form of arc is called diffuse. The appearance of a diffuse arc shape prevents unacceptable local overheating of the working surfaces of the contact plates, leading to failure when the emergency currents are disconnected. Mutual overlapping of the ends of adjacent arcuate sections of the inductors is introduced in order to ensure the existence of an axial magnetic field at the boundaries between adjacent sections of the inductor and thereby increase the breaking capacity of the contact system.
Указанная контактная система обладает следующими недостатками:
1) Индуктор вносит в токоведущую цепь вакуумной дугогасительной камеры дополнительное омическое сопротивление, что увеличивает технические трудности при создании вакуумных выключателей с большими номинальными токами. Перекрытие концов соседних секций индуктора одновременно с улучшением распределения аксиального магнитного поля еще больше увеличивает омическое сопротивление индуктора.The specified contact system has the following disadvantages:
1) The inductor introduces an additional ohmic resistance into the current-carrying circuit of the vacuum interrupter chamber, which increases technical difficulties in creating vacuum circuit breakers with high rated currents. Overlapping the ends of adjacent sections of the inductor, while improving the distribution of the axial magnetic field, further increases the ohmic resistance of the inductor.
2) Дальнейшее увеличение отключающей способности камер с указанной контактной системой достигается путем увеличения диаметра последней. Это приводит к увеличению диаметра самой вакуумной дугогасительной камеры и, следовательно, ее габаритов, массы и в конечном счете к увеличению стоимости вакуумной дугогасительной камеры и вакуумного выключателя в целом. Увеличение диаметра контактных систем сопровождается увеличением омического сопротивления индуктора из-за удлинения его секций. 2) A further increase in the breaking capacity of the cameras with the specified contact system is achieved by increasing the diameter of the latter. This leads to an increase in the diameter of the vacuum interrupter chamber itself and, consequently, its dimensions, mass, and ultimately to an increase in the cost of the vacuum interrupter chamber and the vacuum circuit breaker as a whole. An increase in the diameter of contact systems is accompanied by an increase in the ohmic resistance of the inductor due to the lengthening of its sections.
3) Сила электродинамического отталкивания замкнутых контактов при протекании сквозных токов очень велика. Эта сила может вызвать кратковременное размыкание, так называемый "отброс" контактов. Для ее компенсации в выключателях предусмотрено устройство, создающее соответствующее контактное нажатие. Очевидно, что чем больше требуемое контактное нажатие, тем больше должна быть мощность привода, что ухудшает массогабаритные показатели выключателя. 3) The force of electrodynamic repulsion of closed contacts during the flow of through currents is very high. This force can cause short-term opening, the so-called "rejection" of contacts. To compensate for this, the switches provide a device that creates the corresponding contact pressing. Obviously, the greater the required contact pressing, the greater should be the drive power, which degrades the overall dimensions of the circuit breaker.
Наиболее близкой к настоящему изобретению является контактная система [2] , включающая соосные подвижный и неподвижный контакты, каждый из которых содержит контактную накладку в виде диска, имеющего плоскую рабочую поверхность и ряд щелей, распространяющихся от периферии диска к центру, и по меньшей мере один из контактов содержит индуктор. Индуктор состоит из ряда дугообразных секций, причем один из концов каждой секции присоединен к тыльной стороне контактной накладки, другой - к токовводу вакуумной дугогасительной камеры. При протекании тока по индуктору создается аксиальное магнитное поле. Щели в контактных накладках предназначены для уменьшения вихревых токов в них, магнитное поле которых ослабляет поле индуктора. Щели расположены по отношению к местам их соединения с концами дугообразных секций индуктора таким образом, чтобы по возможности уменьшить долю тока в контактных накладках, которая создает магнитное поле, направленное противоположно полю индуктора. Closest to the present invention is a contact system [2], including coaxial movable and fixed contacts, each of which contains a contact plate in the form of a disk having a flat working surface and a series of slots extending from the periphery of the disk to the center, and at least one of The contacts contain an inductor. The inductor consists of a series of arcuate sections, with one of the ends of each section attached to the back side of the contact plate, the other to the current lead of the vacuum arcing chamber. When current flows through the inductor, an axial magnetic field is created. Slots in contact pads are designed to reduce eddy currents in them, the magnetic field of which weakens the field of the inductor. The slots are located relative to the places of their connection with the ends of the arcuate sections of the inductor in such a way as to possibly reduce the fraction of current in the contact plates, which creates a magnetic field directed opposite to the field of the inductor.
Эта контактная система работает так же, как и вышеупомянутая [1] , и имеет те же недостатки. This contact system works in the same way as the above [1], and has the same disadvantages.
Целью данного изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а именно увеличение отключающей способности контактной системы без увеличения ее диаметра и, следовательно, омического сопротивления, а также уменьшение требуемого контактного нажатия путем придания рабочим поверхностям контактных накладок специальной формы. The aim of this invention is to eliminate the above disadvantages, namely increasing the breaking capacity of the contact system without increasing its diameter and, therefore, ohmic resistance, as well as reducing the required contact pressing by giving the working surfaces of the contact pads a special shape.
Для достижения поставленной цели в контактной системе вакуумной дугогасительной камеры, состоящей из соосных присоединенных к токовводам подвижного и неподвижного контактов, по меньшей мере один из которых содержит контактную накладку и индуктор, предлагается придавать рабочей поверхности одного из контактов выпуклую форму, а другого - вогнутую, причем отношение h/r должно находиться в пределах 0,15 - 0,95, где r и h - радиус основания и высота рабочей поверхности каждого из контактов соответственно, при этом рабочие поверхности обоих контактов должны включать области контактирования, линии пересечения которых с плоскостью, проходящей через ось контактной системы, должны иметь одинаковые радиусы кривизны, причем отношение r1/r не менее 0,02, а отношение r2/r = 0,3-1, где r1 и r2 - радиусы окружностей, являющихся внутренней и внешней границами областей контактирования соответственно.To achieve this goal in the contact system of a vacuum interrupter chamber, consisting of coaxial movable and fixed contacts connected to the current leads, at least one of which contains a contact plate and an inductor, it is proposed to give the working surface of one of the contacts a convex shape and the other a concave shape, moreover the h / r ratio should be in the range 0.15 - 0.95, where r and h are the radius of the base and the height of the working surface of each of the contacts, respectively, while the working surfaces of both contacts should include a contacting region, the line of intersection with the plane passing through the axis of the contact system, must have the same radii of curvature, wherein the ratio r 1 / r of at least 0.02, and the ratio r 2 / r = 0,3-1, wherein r 1 and r 2 are the radii of circles that are the inner and outer boundaries of the contact areas, respectively.
Для лучшего понимания сущности изобретения на фиг. 1 показан продольный разрез 1-го варианта предлагаемой контактной системы со сферическими рабочими поверхностями контактных накладок; на фиг. 2 и 3 изображен индуктор подвижного контакта; на фиг. 4 и 5 - контактная накладка подвижного контакта; на фиг. 6 и 7 - виды А-А и Б-Б фиг. 1; на фиг. 8 - изображение силы электродинамического отталкивания; на фиг. 9 - условное обозначение размеров контактной системы; на фиг. 10 - схематическое изображение контактной системы, соответствующей предлагаемому изобретению, с контактными выступами. For a better understanding of the invention, FIG. 1 shows a longitudinal section of the 1st embodiment of the proposed contact system with spherical working surfaces of the contact pads; in FIG. 2 and 3 show the movable contact inductor; in FIG. 4 and 5 - contact pad sliding contact; in FIG. 6 and 7 are views A-A and B-B of FIG. 1; in FIG. 8 is an image of electrodynamic repulsion force; in FIG. 9 - reference designation of the dimensions of the contact system; in FIG. 10 is a schematic illustration of a contact system according to the invention with contact protrusions.
Контактная система, представленная на фиг. 1, имеет соосные подвижный и неподвижный контакты. Подвижный контакт содержит контактную накладку 1, индуктор 2, расположенный между контактной накладкой 1 и токовводом 3 вакуумной дугогасительной камеры, и держатель 4. Неподвижный контакт содержит те же конструктивные элементы: контактную накладку 5, индуктор 6, расположенный между контактной накладкой 1 и токовводом 7 вакуумной дугогасительной камеры, и держатель 8. Держатели 4 и 8 служат для увеличения механической прочности контактной системы. Они изготавливаются из металла с высокой механической прочностью и низкой электропроводностью, например из нержавеющей стали. Рабочие поверхности контактных накладок 1, 5 имеют сферическую форму: выпуклую 9 у подвижного контакта и вогнутую 10 у неподвижного. 11 и 12 - тыльные поверхности контактных накладок 1 и 5 соответственно. The contact system shown in FIG. 1, has coaxial movable and fixed contacts. The movable contact contains a
Конструкции индукторов 2, 6 и контактных накладок 1, 5 показаны на примере этих деталей для подвижного контакта. На фиг. 2 изображен вид на индуктор 2 (фиг. 1) со стороны рабочей поверхности 9 (фиг. 1), на фиг. 3 - сечение В-В фиг. 2. Как видно из фиг. 2 и 3, индуктор 2 содержит два проводника, каждый из которых состоит из трех частей: дугообразных секций 13, радиальных частей 14 и выступов 15. Радиальные части 14 соединяют дугообразные секции 13 с кольцом 16, с помощью которого индуктор 2 закрепляется на токовводе 3 фиг. 1. Выступы 15 соединяют дугообразные секции 13 с тыльной стороной 11 контактной накладки 1 фиг. 1. Дугообразные секции 13 отделены друг от друга щелями 17. Между дугообразными секциями 13 и кольцом 16 имеются зазоры 18. Индуктор неподвижного контакта имеет конструкцию, аналогичную показанной на фиг. 2, 3. Индукторы изготавливаются из металла с высокой электропроводностью, например из меди. The designs of the inductors 2, 6 and
На фиг. 4 показан вид контактной накладки 1 (фиг. 1) со стороны ее рабочей поверхности 9 (фиг. 1), а на фиг. 5 - сечение Г-Г фиг. 4. Как видно из фиг. 4, 5, рабочая поверхность 9 контактной накладки 1 подвижного контакта имеет выпуклую форму и представляет собою поверхность шарового слоя с радиусом сферы R и радиусом основания r. Рабочая поверхность 9 на оси контактной системы имеет плоскую площадку 19 с радиусом r1, который представляет собою радиус окружности, являющейся внутренней границей области контактирования, ее внешняя граница совпадает с радиусом основания r рабочей поверхности контактов. Контактная накладка снабжена щелями 20, распространяющимися от ее периферии к центру.In FIG. 4 shows a view of the contact patch 1 (FIG. 1) from the side of its working surface 9 (FIG. 1), and FIG. 5 is a section G-D of FIG. 4. As can be seen from FIG. 4, 5, the
Конструкция контактной накладки 5 неподвижного контакта ясна из фиг. 1. Ее рабочая поверхность 10 имеет вогнутую форму, представляющую собой поверхность шарового сегмента с радиусом сферы R и радиусом основания r. R и r неподвижного контакта равны соответствующим величинам для подвижного контакта. В отличие от выпуклой поверхности 9 вогнутая поверхность 10 не содержит на оси контактной системы плоского участка. Контактная накладка 5 также снабжена щелями, аналогичными щелям 20 фиг. 4. Контактные накладки изготавливаются из специального контактного материала, например из хромомедной композиции или сплава. The design of the fixed
На фиг. 6, 7 приведены виды А-А и Б-Б фиг. 1 соответственно, из которых видно расположение по отношению друг к другу контактных накладок 1, 5, индукторов 2, 6, а также подвижного и неподвижного контактов. Положение индукторов 2, 6 и пути токов Iи в них обозначены пунктирными линиями. Пути токов Iк в контактных накладках 1, 5 изображены сплошными линиями. Они проведены в предположении, что последние участки контактирования или основания дуги отключения в начальной стадии расположены на подвижном контакте в точках 21, на неподвижном - в точках 22. Как видно из фиг. 6, на которой изображен вид на подвижный контакт, щели 20 в контактной накладке 1 (фиг. 1) и щели 17 в индукторе 2 (фиг. 1) расположены по разные стороны выступов 15 индуктора 2. Аналогично расположены щели 23 контактных накладок 5 неподвижного контакта по отношению к щелям 24 и выступам 25 индуктора 6.In FIG. 6, 7 are views A-A and B-B of FIG. 1, respectively, from which the arrangement of
Контактная система, приведенная на фиг. 1, работает следующим образом. Токи Iи (фиг. 6, 7), протекающие в дугообразных секциях обоих индукторов 2, 6, создают аксиальное магнитное поле в области контактных накладок 1, 5. Указанное выше расположение щелей 20, 23 в контактных накладках 1, 5 позволяет уменьшить долю тока Iк в контактных накладках 1, 5, которая создает магнитное поле противоположной направленности по отношению к аксиальному магнитному полю индукторов 2, 6. Щели 20, 23 уменьшают также вихревые токи в контактных накладках и создаваемое ими магнитное поле, уменьшающее результирующее аксиальное магнитное поле.The contact system shown in FIG. 1, works as follows. The currents I and (Fig. 6, 7) flowing in the arcuate sections of both inductors 2, 6 create an axial magnetic field in the region of the
Дуга, возникающая при размыкании контактов в процессе отключения тока короткого замыкания, под действием аксиального магнитного поля распространяется практически по всей рабочей поверхности 9, 10 каждой из контактных накладок 1, 5. Чем больше площадь этих поверхностей, тем больше отключающая способность контактной системы. В контактной системе, представленной на фиг. 1-7, увеличение площади и отключающей способности достигается не за счет увеличения диаметра контактной системы, а путем придания рабочей поверхности 9 одной (1) из контактных накладок выпуклой сферической формы, а другой (5) - вогнутой (10). Увеличение отключающей способности указанной контактной системы не приводит к удлинению дугообразных секций индукторов 2, 6 и, следовательно, их омического сопротивления, так как диаметр контактной системы и индукторов 2, 6 не увеличивается одновременно с увеличением площадей рабочих поверхностей 9, 10 контактных накладок 1, 5. The arc that occurs when the contacts open during the short-circuit current shutdown, under the action of the axial magnetic field, spreads over almost the entire working
На фиг. 8 показана сила Fэ электродинамического отталкивания, действующая на подвижный контакт при протекании через замкнутые контакты сквозного тока, и ее проекции Fэх и Fэу на оси x и y соответственно. Сила Fэ возникает в месте контактирования (точка 21) и направлена по нормали к рабочей поверхности 9 контактной накладки 1. Если рабочие поверхности контактных накладок перпендикулярны оси контактной системы, сила Fэ направлена вдоль этой оси, а сила контактного нажатия должна быть не меньше Fэ. Если же сила Fэ образует угол α с осью контактной системы, то отброс контактов уже вызывает сила меньшая, чем Fэ, а именно ее проекция Fэу = Fэ•cosα на ось y, параллельную оси контактной системы. Соответственно, и сила контактного нажатия, препятствующая отбросу контактов, может быть меньше Fэ, но не меньше Fэу. Наличие на вершине выпуклого контакта плоской поверхности 19 в виде круга радиуса r1 и ее отсутствие на вершине вогнутого контакта исключает контактирование рабочих поверхностей 9, 10 контактных накладок 1, 5 на расстояниях а от оси контактной системы меньших r1. В любых других точках рабочих поверхностей 9, 10 контактных накладок 1, 5 (фиг. 1), удовлетворяющих условию r1≤а≤r, контактирование возможно. Тем самым в контактной системе, представленной на фиг. 1, во всех случаях требуется меньшее, чем Fэ, значение силы контактного нажатия, которое необходимо для предотвращения отброса контактов при протекании сквозных токов.In FIG. Figure 8 shows the force F e of electrodynamic repulsion acting on a movable contact when a through current flows through closed contacts, and its projection F e and F e on the x and y axes, respectively. The force F e arises at the point of contact (point 21) and is directed normal to the working
Помимо вышеперечисленных преимуществ следует отметить еще одно достоинство предлагаемой контактной системы. Дуга отключения в вакуумных дугогасительных камерах горит в парах металла, испаряющегося с рабочих поверхностей контактных накладок из-за рассеяния на них энергии, выделяющейся в дуге. Часть испарившихся атомов покидает межконтактный промежуток и оседает на окружающих его поверхностях. Расположение выпуклого контакта внутри вогнутого способствует тому, что количество пара, покидающего межконтактный промежуток, меньше, чем в традиционных контактных системах с плоскими рабочими поверхностями, что приводит к увеличению плотности пара в межконтактном промежутке. Это должно вызвать уменьшение падения напряжения на дуге отключения и, следовательно, энергии, рассеивающейся на рабочих поверхностях контактных накладок, их нагрева и увеличение отключающей способности контактной системы. Таким образом, увеличение отключающей способности предлагаемой контактной системы достигается не только за счет увеличения площади рабочей поверхности контактных накладок, но и дополнительно в результате вышеописанного эффекта. In addition to the above advantages, it should be noted one more advantage of the proposed contact system. The tripping arc in the vacuum interrupter chambers burns in the vapor of the metal evaporating from the working surfaces of the contact plates due to the dissipation of the energy released in the arc. Part of the evaporated atoms leaves the contact gap and settles on the surfaces surrounding it. The location of the convex contact inside the concave contributes to the fact that the amount of steam leaving the contact gap is less than in traditional contact systems with flat working surfaces, which leads to an increase in the vapor density in the contact gap. This should cause a decrease in the voltage drop across the arc and, therefore, the energy dissipated on the working surfaces of the contact plates, their heating and increase the breaking capacity of the contact system. Thus, an increase in the breaking capacity of the proposed contact system is achieved not only by increasing the area of the working surface of the contact pads, but also additionally as a result of the above effect.
На фиг. 9 приведено схематическое изображение контактной системы фиг. 1 с разомкнутыми контактами при ходе Н подвижного контакта. На фиг. 9 R - радиус сферических поверхностей, r - радиус их оснований, h - высота рабочей поверхности контактной накладки подвижного контакта. In FIG. 9 is a schematic illustration of the contact system of FIG. 1 with open contacts during the stroke H of the movable contact. In FIG. 9 R is the radius of the spherical surfaces, r is the radius of their bases, h is the height of the working surface of the contact lining of the movable contact.
На фиг. 10 приведено схематическое изображение контактной системы, у которой радиус r2 окружности, являющейся внешней границей области контактирования, меньше радиуса r основания рабочей поверхности каждого из контактов. Это осуществляется путем выполнения на каждой из рабочих поверхностей 26, 27 контактных накладок выступов 28, 29. Область контактирования внутри и на периферии рабочих поверхностей контактных накладок может быть ограничена иным способом, отличающимся от приведенного на фиг. 1 и 10, например, путем изменения на ее границах радиусов кривизны линий пересечения рабочих поверхностей контактов с плоскостью, проходящей через ось контактной системы.In FIG. 10 is a schematic representation of a contact system in which the radius r 2 of the circle, which is the outer boundary of the contact area, is less than the radius r of the base of the working surface of each of the contacts. This is done by performing on each of the working
Выпуклая и вогнутая рабочие поверхности контактных накладок могут иметь форму, отличающуюся от сферической, например, конусную. The convex and concave working surfaces of the contact plates may have a shape different from spherical, for example, conical.
Отношение h/r должно находиться в пределах 0,15-0,95. При значениях h/r<0,15 увеличение отключающей способности и уменьшение силы требуемого контактного нажатия незначительны. При h/r>0,95 вершины рабочих поверхностей контактов попадают за пределы расположения индукторов, где величина индукции аксиального магнитного поля недостаточна для успешного функционирования контактной системы. Кроме этого, при h/r>0,95 увеличение продольного размера контактной системы становится экономически невыгодным. The ratio h / r should be in the range of 0.15-0.95. With values h / r <0.15, an increase in the breaking capacity and a decrease in the strength of the required contact pressing are insignificant. For h / r> 0.95, the vertices of the contact working surfaces fall outside the limits of the location of the inductors, where the magnitude of the axial magnetic field induction is insufficient for the successful functioning of the contact system. In addition, with h / r> 0.95, an increase in the longitudinal size of the contact system becomes economically disadvantageous.
Размеры области контактирования должны определяться следующими соотношениями. The dimensions of the contact area should be determined by the following relationships.
Отношение r1/r должно быть не менее 0,02. При r1/r<0,02 уменьшение силы требуемого контактного нажатия незначительно.The ratio r 1 / r should be at least 0.02. When r 1 / r <0.02, the decrease in the strength of the required contact pressing is insignificant.
Отношение r2/r должно находиться в пределах 0,3-1. Это отношение влияет на износ контактов. Износ контактов в вакуумных дугогасительных камерах определяется по уменьшению продольного размера контактов в результате их электрической эрозии при коммутациях тока. Износ контактов увеличивается при увеличении отключаемого тока, уменьшении площади области контактирования и уменьшении индукции аксиального магнитного поля. Индукция аксиального магнитного поля имеет наибольшую величину по оси контактной системы и спадает по мере удаления от нее. При уменьшении r2/r уменьшается площадь области контактирования, одновременно в процентном отношении увеличивается та ее часть, которая находится в зоне больших значений индукции аксиального магнитного поля. Таким образом, первый из этих факторов приводит к увеличению износа контактов, второй - к уменьшению. Опыт авторов позволяет сделать вывод, что оптимальными являются вышеназванные пределы значений r2/r. Чем больше номинальный ток отключения контактной системы, тем меньшее значение отношения r2/r в пределах 0,3-1 она должна иметь.The ratio r 2 / r should be in the range of 0.3-1. This ratio affects the wear of the contacts. The wear of the contacts in the vacuum interrupter chambers is determined by the decrease in the longitudinal size of the contacts as a result of their electrical erosion during current switching. The wear of the contacts increases with increasing turn-off current, decreasing the area of the contact area and decreasing the induction of the axial magnetic field. The induction of the axial magnetic field has the largest value along the axis of the contact system and decreases with distance from it. With decreasing r 2 / r, the area of the contacting area decreases, at the same time, its part that is in the zone of large values of the induction of the axial magnetic field increases in percentage terms. Thus, the first of these factors leads to an increase in wear of the contacts, and the second to a decrease. The authors' experience allows us to conclude that the above-mentioned limits of r 2 / r are optimal. The larger the rated breaking current of the contact system, the lower the value of the ratio r 2 / r within 0.3-1 it should have.
Отношение h/H должно находиться в пределах 0,1-8. Значения h/H<0, l неприемлемы из-за незначительного увеличения при этом площади рабочей поверхности контактов и соответственно их отключающей способности. При значениях h/H>8 вершины рабочих поверхностей попадают за пределы расположения индукторов, где величина индукции аксиального магнитного поля недостаточна для успешного функционирования контактной системы, кроме этого, при h/H>8 увеличение продольного размера контактной системы становится экономически невыгодным. The h / H ratio should be between 0.1-8. Values h / H <0, l are unacceptable due to a slight increase in the area of the working surface of the contacts and, accordingly, their breaking capacity. For values of h / H> 8, the vertices of the working surfaces fall outside the limits of the location of the inductors, where the magnitude of the induction of the axial magnetic field is insufficient for the successful functioning of the contact system, in addition, for h / H> 8, an increase in the longitudinal size of the contact system becomes economically disadvantageous.
Испытания вакуумных дугогасительных камер с контактными системами с аксиальным магнитным полем, соответствующими предлагаемому изобретению, со сферическими и конусными рабочими поверхностями контактных накладок показали, что их отключающая способность в 1,6 раза больше, а сила контактного нажатия, требуемого для предотвращения отброса контактов, в 2 раза меньше, чем у вакуумной дугогасительной камеры с контактной системой того же вида и диаметра, но с плоскими рабочими поверхностями контактных накладок, перпендикулярными оси контактной системы. Tests of vacuum interrupter chambers with contact systems with an axial magnetic field corresponding to the invention, with spherical and conical working surfaces of the contact plates showed that their breaking capacity is 1.6 times greater, and the contact pressing force required to prevent contact rejection is 2 times less than a vacuum arcing chamber with a contact system of the same type and diameter, but with flat working surfaces of contact pads perpendicular to the axis of the contact th system.
Второй вариант данного изобретения относится к контактным системам с радиальным магнитным полем, представляющим собою контактные системы второго вида. A second embodiment of the invention relates to contact systems with a radial magnetic field, which are second-type contact systems.
Известна контактная система [3] вакуумной дугогасительной камеры, включающая соосные присоединенные к токовводам подвижный и неподвижный контакты, выполненные в виде дисков с плоскими поверхностями областей контактирования, перпендикулярными оси контактной системы и расположенными в центральной области рабочей поверхности дисков. По меньшей мере один из дисков разделен прорезями, идущими от периферии диска к его центру, на ряд лепестков, изогнутых в тангенциальном направлении. Угол между радиусами диска, которые проходят через внутренний и периферийный концы средней продольной линии каждого лепестка, составляет не менее 1,1•360o/n, где n - число лепестков, а отношения r1/R и r2/R составляют не менее 0,8 и 0,5 соответственно, где R - радиус диска, a r1 и r2 - расстояния от центра диска до касательных к указанной средней линии длиной l в двух ее точках, одна из которых расположена на периферийном конце линии, а другая на расстоянии 0,5 l от него соответственно.A contact system [3] of a vacuum interrupter chamber is known, including coaxial movable and fixed contacts connected to current leads made in the form of disks with flat surfaces of contact areas perpendicular to the axis of the contact system and located in the central region of the working surface of the disks. At least one of the disks is divided by slots extending from the periphery of the disk to its center into a series of petals curved in the tangential direction. The angle between the radii of the disk, which pass through the inner and peripheral ends of the middle longitudinal line of each petal, is at least 1.1 • 360 o / n, where n is the number of petals, and the ratios r 1 / R and r 2 / R are not less than 0.8 and 0.5, respectively, where R is the radius of the disk, ar 1 and r 2 are the distances from the center of the disk to the tangents to the indicated midline of length l at its two points, one of which is located at the peripheral end of the line, and the other at a distance of 0.5 l from it, respectively.
Указанная контактная система работает следующим образом. The specified contact system operates as follows.
Когда контакты замкнуты, ток протекает через токовводы, контакты и упомянутые области контактирования. При этом в точках контактирования появляются электродинамические усилия, направленные параллельно оси контактной системы и отталкивающие контакты один от другого. Для предотвращения размыкания (отброса) контактов при протекании сквозных токов они должны быть сжаты силой контактного нажатия, уравновешивающей или превышающей силу электродинамического отталкивания. Контактное нажатие создается приводом вакуумного выключателя. When the contacts are closed, current flows through the current leads, contacts, and said contact areas. At the same time, electrodynamic forces appear at the contact points directed parallel to the axis of the contact system and repel the contacts from one another. To prevent opening (rejection) of the contacts during the flow of through currents, they must be compressed by the force of contact pressing, balancing or exceeding the force of electrodynamic repulsion. Contact pressing is created by the actuator of the vacuum circuit breaker.
При отключении тока, когда контакты размыкаются, между поверхностями контактирования возникает дуга, основания которой в ее начальной стадии расположены в точках предшествовавшего контактирования. Путь тока через токовводы, контакты и дугу, как правило, образует петлю. При взаимодействии дуги с магнитным полем петли тока возникает электродинамическое усилие, направленное от центра дисков к их периферии. Под действием этого усилия дуга перемещается в область расположения лепестков, изогнутых в тангенциальном направлении. Путь тока через лепестки и дугу образует петлю, также изогнутую в тангенциальном направлении, магнитное поле которой содержит составляющую, направленную вдоль радиуса. Взаимодействие дуги с радиальной составляющей магнитного поля вызывает возникновение электродинамического усилия, направленного тангенциально, которое перемещает дугу вдоль лепестка и на периферийном его конце обеспечивает ее переход на соседний лепесток. Переходя с лепестка на лепесток под действием радиальной составляющей магнитного поля, дуга вращается по периферийной области рабочей поверхности дисков. Тем самым достигается практически равномерный нагрев рабочих поверхностей контактов, вследствие чего и происходит успешное отключение тока. Конфигурация лепестков, определяемая приведенными выше соотношениями их размеров, позволяет уменьшить нагрев экрана, окружающего контакты, предотвратить его оплавление и испарение. Это происходит благодаря уменьшению плотности энергии, рассеиваемой на экране плазмоидами, слетающими с вышеупомянутых лепестков. Это дало возможность увеличить отключающую способность контактных систем в 1,7-2 раза. When the current is turned off, when the contacts open, an arc arises between the contact surfaces, the bases of which at its initial stage are located at the points of the previous contact. The current path through the current leads, contacts and the arc, as a rule, forms a loop. When the arc interacts with the magnetic field of the current loop, an electrodynamic force arises, directed from the center of the disks to their periphery. Under the action of this force, the arc moves to the area of the petals, curved in the tangential direction. The current path through the petals and the arc forms a loop, also curved in the tangential direction, the magnetic field of which contains a component directed along the radius. The interaction of the arc with the radial component of the magnetic field causes the appearance of an electrodynamic force directed tangentially, which moves the arc along the lobe and at its peripheral end ensures its transition to the adjacent lobe. Moving from petal to petal under the action of the radial component of the magnetic field, the arc rotates along the peripheral region of the working surface of the disks. This achieves an almost uniform heating of the working surfaces of the contacts, as a result of which a successful disconnection of the current occurs. The configuration of the petals, determined by the above ratios of their sizes, allows to reduce the heating of the screen surrounding the contacts, to prevent its fusion and evaporation. This is due to a decrease in the density of energy dissipated on the screen by plasmoids flying from the aforementioned petals. This made it possible to increase the breaking capacity of contact systems by 1.7-2 times.
Указанная контактная система обладает следующими недостатками. The specified contact system has the following disadvantages.
1. Для дальнейшего увеличения ее отключающей способности необходимо увеличивать диаметр контактных дисков, что приводит к увеличению массогабаритных показателей вакуумной дугогасительной камеры и вакуумного выключателя в целом. 1. To further increase its breaking capacity, it is necessary to increase the diameter of the contact disks, which leads to an increase in the overall dimensions of the vacuum arcing chamber and the vacuum circuit breaker as a whole.
2. Сила электродинамического отталкивания, действующая на контакты в указанной контактной системе при протекании сквозных токов и направленная параллельно оси контактной системы, весьма велика и возрастает пропорционально квадрату пика тока. Например, для вакуумного выключателя с номинальным током отключения 20 кА она превышает 1000 Н. Соответственно, велика и сила контактного нажатия, которую должен обеспечивать привод выключателя для предотвращения отброса контактов. Это ухудшает экономические показатели вакуумных выключателей. 2. The force of electrodynamic repulsion acting on the contacts in the specified contact system during the flow of through currents and directed parallel to the axis of the contact system is very large and increases in proportion to the square of the current peak. For example, for a vacuum circuit breaker with a rated breaking current of 20 kA, it exceeds 1000 N. Accordingly, the contact pressing force that the circuit breaker drive must provide to prevent contact dropping is large. This affects the economic performance of vacuum circuit breakers.
Наиболее близкой к предлагаемой является контактная система [4] , включающая соосные соединенные с токовводами подвижный и неподвижный контакты в виде дисков с областями контактирования, поверхности которых перпендикулярны оси контактной системы. Указанные области расположены на рабочей поверхности дисков на некотором расстоянии как от оси дисков, так и от их периферии. По меньшей мере один из этих дисков содержит прорези, идущие от периферии диска к его центру и создающие на периферии диска ряд лепестков изогнутых в тангенциальном направлении, причем начало и конец соседних прорезей перекрываются в радиальном направлении. Closest to the proposed one is a contact system [4], including coaxial movable and fixed contacts connected to current leads in the form of disks with contact areas, the surfaces of which are perpendicular to the axis of the contact system. These areas are located on the working surface of the disks at a certain distance both from the axis of the disks and from their periphery. At least one of these disks contains slots extending from the periphery of the disk to its center and creating on the periphery of the disk a series of lobes curved in the tangential direction, with the beginning and end of adjacent slots overlapping in the radial direction.
Принцип работы контактной системы [4] такой же, как и вышеописанной [3] , и она обладает теми же недостатками. Кроме вышеупомянутых недостатков конструкция контактной системы [4] обладает еще одним третьим недостатком, не свойственным контактной системе [3] . Третий недостаток состоит в том, что в конструкции [4] не предусмотрены меры, уменьшающие нагрев окружающего контакты экрана плазмоидами, слетающими с лепестков. Это приводит к уменьшению отключающей способности контактной системы [4] . The principle of operation of the contact system [4] is the same as that described above [3], and it has the same disadvantages. In addition to the aforementioned drawbacks, the design of the contact system [4] has another third drawback not characteristic of the contact system [3]. The third disadvantage is that the design [4] does not provide measures that reduce the heating of the surrounding screen contacts by plasmoids flying off the petals. This leads to a decrease in the breaking capacity of the contact system [4].
Целью данного изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а именно увеличение отключающей способности контактной системы без увеличения ее диаметра, уменьшение требуемого контактного нажатия, а также уменьшение нагрева экрана плазмоидами, слетающими с лепестков контактов, путем придания рабочим поверхностям контактов специальной формы. The aim of this invention is to eliminate the above drawbacks, namely increasing the breaking capacity of the contact system without increasing its diameter, reducing the required contact pressing, and also reducing the heating of the screen by plasmoids flying off the contact petals by giving the working surfaces of the contacts a special shape.
Для достижения поставленной цели в контактной системе, состоящей из соосных, присоединенных к токовводам подвижного и неподвижного контактов, по меньшей мере один из которых содержит прорези, идущие от периферии контакта к его центру и создающие ряд лепестков, изогнутых в тангенциальном направлении, причем начало и конец соседних прорезей перекрываются в радиальном направлении, предлагается рабочей поверхности одного из контактов придавать выпуклую форму, а другого - вогнутую, причем отношение h/r= 0,15-0,95, где r и h - радиус основания и высота рабочей поверхности каждого из контактов соответственно, при этом рабочие поверхности обоих контактов должны включать области контактирования, линии пересечения которых с плоскостью, проходящей через ось контактной системы, должны иметь одинаковые радиусы кривизны, причем отношение r1/r не менее 0,02, а отношение r2/r= 0,6-1, где r1 и r2 - радиусы окружностей, являющихся внутренней и внешней границами области контактирования соответственно.To achieve this goal in a contact system consisting of coaxial, movable and fixed contacts connected to the current leads, at least one of which contains slots extending from the periphery of the contact to its center and creating a series of petals curved in the tangential direction, with the beginning and end adjacent slots overlap in the radial direction, it is proposed to give the working surface of one of the contacts a convex shape, and the other a concave shape, with the ratio h / r = 0.15-0.95, where r and h are the radius of the base and heights and the working surface of each of the contacts, respectively, while the working surfaces of both contacts must include contact areas, the lines of intersection of which with the plane passing through the axis of the contact system must have the same radii of curvature, and the ratio r 1 / r is not less than 0.02, and the ratio r 2 / r = 0.6-1, where r 1 and r 2 are the radii of circles that are the inner and outer boundaries of the contact area, respectively.
Для лучшего понимания сущности изобретения на фиг. 11 показан продольный разрез контактной системы с радиальным магнитным полем со сферической формой выпуклой и вогнутой рабочих поверхностей контактов. На фиг. 12 и 13 - виды Д-Д и Е-Е на рабочие поверхности контактов фиг. 11. For a better understanding of the invention, FIG. 11 shows a longitudinal section of a contact system with a radial magnetic field with a spherical shape of a convex and concave working surfaces of the contacts. In FIG. 12 and 13 are views of DD and EE on the working surfaces of the contacts of FIG. eleven.
Контактная система, представленная на фиг. 11, имеет соосные подвижный 30 и неподвижный 31 контакты, присоединенные к токовводам 3, 7. На фиг. 12 и 13 показан вид рабочих поверхностей 32 и 33 контактов 30 и 31. Каждый из контактов 30, 31 разрезан прорезями 34, 35 на ряд лепестков 36, 37, изогнутых в тангенциальном направлении. Со стороны рабочих поверхностей прорези в противолежащих контактах направлены встречно. В рабочем состоянии при замкнутом и разомкнутом положениях контактов направления прорезей в обоих контактах совпадают. The contact system shown in FIG. 11, has coaxial movable 30 and fixed 31 contacts connected to
В центральной области выпуклой рабочей поверхности подвижного контакта имеется плоская площадка с радиусом r1 (фиг. 12), который представляет собою радиус окружности, являющейся внутренней границей области контактирования. Ее внешняя граница совпадает с радиусом r оснований рабочих поверхностей контактов 30, 31. Линии пересечения поверхностей областей контактирования с плоскостью, проходящей через ось контактной системы, имеют у обоих контактов одинаковые радиусы кривизны.In the central region of the convex working surface of the movable contact, there is a flat area with a radius r 1 (Fig. 12), which represents the radius of the circle, which is the internal boundary of the contact area. Its outer boundary coincides with the radius r of the bases of the working surfaces of the
Контакты 30, 31 изготавливаются из специального контактного материала, например из хромомедной композиции или сплава.
Контактная система, приведенная на фиг. 11, 12, 13, работает следующим образом. The contact system shown in FIG. 11, 12, 13, operates as follows.
Когда контакты 30, 31 замкнуты, ток протекает через токовводы 3, 7, контакты 30, 31 и области контактирования, расположенные на рабочих поверхностях 32, 33. Сила электродинамического отталкивания контактов Fэ (фиг. 8), достигающая значительных величин при протекании сквозных токов, направлена по нормали к поверхности в точке контактирования. Так как ось контактной системы (фиг. 11, 12, 13) не проходит через область контактирования и удалена от нее на расстояние r1, то нормаль к указанной поверхности и, следовательно, сила электродинамического отталкивания Fэ в любой точке контактирования направлена под некоторым углом к оси контактной системы. Размыкание контактов 30, 31 может вызвать только составляющая этой силы Fэу (фиг. 8), параллельная оси контактной системы и меньшая Fэ. Следовательно, для контактной системы, соответствующей данному изобретению, требуется меньшее контактное нажатие для компенсации силы электродинамического отталкивания, чем для традиционных контактных систем с плоскими поверхностями контактирования, перпендикулярными оси контактов.When the
При отключении тока между поверхностями контактирования возникает дуга. Путь тока через дугу и контакты 30, 31 образует петлю. При взаимодействии тока дуги с магнитным полем петли тока появляется сила, выталкивающая дугу в область расположения изогнутых в тангенциальном направлении лепестков 36, 37. При протекании тока через дугу и лепестки 36, 37 создается радиальное магнитное поле, при взаимодействии с которым дуга вращается, переходя с лепестка на лепесток. Придание рабочим поверхностям 32, 33 контактов 30, 31 сферической формы позволяет увеличить их площадь и, следовательно, отключающую способность контактной системы без увеличения ее диаметра. When current is disconnected, an arc arises between the contact surfaces. The current path through the arc and
Выполнение рабочей поверхности 32 одного из контактов 30 выпуклой, а другого (31) - вогнутой (33) позволяет избежать еще одного недостатка, свойственного контактным системам с радиальным магнитным полем. Имеется в виду рассеивание на экране, окружающем контакты 30, 31, энергии плазмоидов, слетающих с лепестков 36, 37 контактов. Плазмоиды летят прямолинейно, и в предлагаемой контактной системе большая их часть встречает на своем пути вогнутую рабочую поверхность 33 контакта 31, где и рассеивается их энергия. Следовательно, уменьшается нагрев экрана, окружающего контакты 30, 31, и увеличивается отключающая способность вакуумной дугогасительной камеры с предлагаемой контактной системой. Таким образом, увеличение отключающей способности предлагаемой контактной системы достигается не только за счет увеличения площади рабочих поверхностей контактов 30, 31, но и дополнительно в результате уменьшения нагрева экрана. The implementation of the working
В контактной системе второго варианта изобретения, как и в системе первого варианта, имеет место увеличение плотности пара из-за экранирования его выхода за пределы межконтактного промежутка вогнутой рабочей поверхностью 33 контакта 31. Следствием этого является уменьшение падения напряжения на дуге, энергии, рассеиваемой на поверхностях 32, 33 контактов 30, 31 и их нагрева. Этот фактор, как и увеличение площади рабочих поверхностей 32, 33 контактов 30, 31 и уменьшение нагрева экрана, должен дать дополнительное увеличение отключающей способности контактной системы. In the contact system of the second embodiment of the invention, as in the system of the first embodiment, there is an increase in vapor density due to the screening of its exit beyond the intercontact gap by the concave working
Радиус окружности, являющейся границей области контактирования, может и не совпадать с радиусом основания рабочих поверхностей контактов, как это показано на фиг. 10. В этом случае в контактных системах с радиальным магнитным полем уменьшаются длины участков лепестков, на которых возможно контактирование при замкнутом положении контактов. Следовательно, уменьшается и омическое сопротивление вакуумной дугогасительной камеры, что имеет большое значение для вакуумных дугогасительных камер с большими номинальными токами. The radius of the circle, which is the boundary of the contact area, may not coincide with the radius of the base of the working surfaces of the contacts, as shown in FIG. 10. In this case, in contact systems with a radial magnetic field, the lengths of the sections of the petals are reduced, which can be contacted in the closed position of the contacts. Consequently, the ohmic resistance of the vacuum interrupter chamber is also reduced, which is of great importance for vacuum interrupter chambers with high rated currents.
Рабочие поверхности контактов могут иметь не только сферическую (фиг. 11), но и иную форму, например конусную. The working surfaces of the contacts can be not only spherical (Fig. 11), but also in a different shape, for example, conical.
В контактных системах с радиальным магнитным полем отношение h/r (фиг. 9) должно находиться в пределах 0,15-0,95. При h/r<0,15 увеличение отключающей способности и уменьшение силы требуемого контакного нажатия незначительны. При h/r>0,95 увеличение продольного размера контактной системы становится экономически невыгодным. Размеры области контактирования должны определяться следующими соотношениями. Отношение r1/r (фиг. 9) должно быть не менее 0,02. При r1<0,02 уменьшение силы требуемого контактного нажатия незначительно. Отношение r2/r (фиг. 10) должно находиться в пределах 0,6-1. Это отношение влияет на омическое сопротивление контактной системы и износ контактов. При уменьшении отношения r2/r уменьшается омическое сопротивление контактной системы и одновременно увеличивается износ контактов, т. е. имеют место как положительный, так и отрицательный эффекты. Опыт авторов позволяет сделать вывод, что для контактных систем с радиальным магнитным полем, соответствующих предлагаемому изобретению, для отношения r2/r оптимальными являются пределы 0,6-1. Чем больше номинальный ток отключения контактной системы, тем меньшее значение r2/r в пределах 0,6-1 она должна иметь.In contact systems with a radial magnetic field, the ratio h / r (Fig. 9) should be in the range 0.15-0.95. With h / r <0.15, an increase in breaking capacity and a decrease in the strength of the required contact pressing are negligible. When h / r> 0.95, an increase in the longitudinal size of the contact system becomes economically disadvantageous. The dimensions of the contact area should be determined by the following relationships. The ratio r 1 / r (Fig. 9) should be at least 0.02. When r 1 <0.02, the decrease in the strength of the required contact pressing is insignificant. The ratio r 2 / r (Fig. 10) should be in the range of 0.6-1. This ratio affects the ohmic resistance of the contact system and the wear of the contacts. With a decrease in the r 2 / r ratio, the ohmic resistance of the contact system decreases and at the same time the wear of the contacts increases, i.e., both positive and negative effects take place. The experience of the authors allows us to conclude that for contact systems with a radial magnetic field corresponding to the invention, the limits of 0.6-1 are optimal for the ratio r 2 / r. The larger the rated breaking current of the contact system, the lower the value of r 2 / r within 0.6-1 it should have.
Отношение h/H (фиг. 9) для контактных систем с радиальным магнитным полем должно находиться в тех же пределах, что и для контактных систем с аксиальным магнитным полем. The h / H ratio (Fig. 9) for contact systems with a radial magnetic field should be within the same limits as for contact systems with an axial magnetic field.
Третий вариант данного изобретения относится к контактным системам, имеющим форму контактов в виде простых дисков или цилиндров, представляющим собою контактные системы третьего вида. A third embodiment of the present invention relates to contact systems having the form of contacts in the form of simple disks or cylinders, which are contact systems of the third kind.
Известна контактная система [5] , включающая соосные присоединенные к токовводам подвижный и неподвижный контакты, имеющие форму простых цилиндров с плоскими, перпендикулярными оси контактов рабочими поверхностями, выполняющими одновременно функции контактирования и дугогашения. Увеличение отключающей способности этой контактной системы достигалось путем увеличения диаметра контактов. A known contact system [5], including coaxial movable and fixed contacts attached to the current leads, having the form of simple cylinders with flat working surfaces perpendicular to the axis of the contacts, which simultaneously performs the functions of contacting and suppression. An increase in the breaking capacity of this contact system was achieved by increasing the diameter of the contacts.
Эта контактная система работает следующим образом. This contact system operates as follows.
При замкнутых контактах ток протекает через токовводы и контакты. В точках контактирования появляется сила электродинамического отталкивания, параллельная оси контактной системы. Для предотвращения размыкания (отброса) контактов при протекании сквозных токов они должны быть сжаты силой контактного нажатия, уравновешивающей или превышающей силу электродинамического отталкивания. Сила контактного нажатия создается приводом вакуумного выключателя или вакуумного контактора. With closed contacts, current flows through current leads and contacts. At the contact points, a force of electrodynamic repulsion appears parallel to the axis of the contact system. To prevent opening (rejection) of the contacts during the flow of through currents, they must be compressed by the force of contact pressing, balancing or exceeding the force of electrodynamic repulsion. The force of contact pressing is created by the drive of a vacuum circuit breaker or vacuum contactor.
В процессе отключения тока при размыкании контактов между ними возникает дуга. В начальной стадии, пока расстояние между контактами мало, дуга имеет контрагированную форму. По мере расхождения контактов контрагированная форма дуги переходит в диффузную. На катоде появляется множество катодных пятен, количество которых пропорционально току. Вследствие эффекта обратного движения катодных пятен в магнитном поле они отталкиваются друг от друга и движутся к краям катода. Постоянно происходит погасание одних и появление новых катодных пятен. Анодные части дуги следуют за катодными. Падение напряжения на дуге не превышает нескольких десятков вольт. In the process of disconnecting the current when opening the contacts between them, an arc arises. In the initial stage, while the distance between the contacts is small, the arc has a contracted shape. As the contacts diverge, the contracted shape of the arc becomes diffuse. Many cathode spots appear on the cathode, the amount of which is proportional to the current. Due to the reverse motion of the cathode spots in a magnetic field, they repel each other and move to the edges of the cathode. The extinction of some and the appearance of new cathode spots constantly occur. The anode parts of the arc follow the cathode. The voltage drop across the arc does not exceed several tens of volts.
В области катодных пятен на катоде возникают микроскопические участки испарения с небольшой тепловой инерцией, снабжающие дугу паром. При номинальных токах отключения рабочие поверхности контактов нагреваются дугой практически равномерно и остывают при приближении переменного тока к нулю. Поэтому при переходе тока через нуль дуга гаснет и происходит отключение тока. При превышении предельных токов отключения на рабочих поверхностях контактов появляются макроскопические глубоко разогретые, расплавленные и испаряющиеся участки. К моменту перехода тока через нуль эти участки не успевают достаточно остыть, что приводит к отказу при отключении тока. Величина тока, при котором на рабочих поверхностях контактов появляются очаги, приводящие к отказу, зависит от материала и диаметра контактов. In the region of cathode spots on the cathode, microscopic evaporation sites with small thermal inertia appear, supplying the arc with steam. At rated tripping currents, the working surfaces of the contacts are heated by an arc almost uniformly and cool when the alternating current approaches zero. Therefore, when the current passes through zero, the arc goes out and the current is turned off. When the limiting tripping currents are exceeded, macroscopic deeply heated, molten and evaporating sections appear on the working surfaces of the contacts. By the time the current passes through zero, these sections do not have enough time to cool down, which leads to failure when the current is turned off. The magnitude of the current at which foci appear on the working surfaces of the contacts, leading to failure, depends on the material and the diameter of the contacts.
Вышеописанная контактная система [5] обладает следующими недостатками. The above contact system [5] has the following disadvantages.
1) Увеличение ее отключающей способности при прочих равных условиях - одинаковой конструкции, контактном материале, характеристиках хода подвижного контакта и т. п. - может быть достигнуто только путем увеличения диаметра контактов. 1) An increase in its breaking capacity, ceteris paribus - the same design, contact material, stroke characteristics of the movable contact, etc. - can be achieved only by increasing the diameter of the contacts.
2) При протекании сквозных токов электродинамическое усилие отталкивания может достигать значительной величины. Это в особенности касается контактных систем, применяемых в вакуумных дугогасительных камерах, предназначенных для силовых выключателей и выключателей нагрузки. Номинальные сквозные токи последних значительно превышают номинальные токи отключения. Большое усилие электродинамического отталкивания вызывает необходимость создания соответствующего контактного нажатия, что ухудшает массогабаритные показатели выключателей. 2) When through currents flow, the electrodynamic repulsive force can reach a significant value. This is especially true for contact systems used in vacuum interrupter chambers for power and load circuit breakers. The rated through currents of the latter significantly exceed the rated breaking currents. A large force of electrodynamic repulsion causes the need to create the appropriate contact pressing, which affects the overall dimensions of the circuit breakers.
Наиболее близкой к третьему варианту настоящего изобретения является контактная система [6] , включающая соосные, присоединенные к токовводам подвижный и неподвижный контакты, причем рабочая поверхность неподвижного контакта имеет выпуклую форму, а подвижного - вогнутую. Радиус кривизны дуги, расположенной на пересечении рабочей поверхности неподвижного контакта с плоскостью, проходящей через ось контактной системы, меньше соответствующего радиуса кривизны для подвижного контакта. Вследствие этого область контактирования замкнутых контактов расположена на оси контактов, а в периферийной части рабочих поверхностей контактов имеется зазор. Closest to the third embodiment of the present invention is a contact system [6], comprising coaxial movable and fixed contacts connected to the current leads, the working surface of the fixed contact being convex and the movable being concave. The radius of curvature of the arc located at the intersection of the working surface of the stationary contact with the plane passing through the axis of the contact system is less than the corresponding radius of curvature for the movable contact. As a result, the contacting area of closed contacts is located on the axis of the contacts, and there is a gap in the peripheral part of the working surfaces of the contacts.
Указанная контактная система работает аналогично вышеописанной [5] со следующими отличиями:
1) Контактирование (соприкосновение) контактов осуществляется не по всей рабочей поверхности контактов, как в [5] , а только по оси контактной системы.The specified contact system works similarly to the above [5] with the following differences:
1) Contacting (contacting) of the contacts is carried out not over the entire working surface of the contacts, as in [5], but only along the axis of the contact system.
2) Выполнение рабочей поверхности неподвижного контакта выпуклой с меньшими радиусом кривизны линии ее пересечения с плоскостью, проходящей через ось контактной системы, чем у вогнутой рабочей поверхности подвижного контакта, позволяют направить продукты эрозии контактов, вылетающие из межконтактного промежутка, в сторону, противоположную расположению сильфона, который соединяет подвижный контакт с оболочкой вакуумной дугогасительной камеры. Предполагается, что это предохраняет сильфон от прожигания продуктами эрозии контактов. 2) Performing the working surface of the fixed contact convex with a smaller radius of curvature of the line of its intersection with the plane passing through the axis of the contact system than at the concave working surface of the movable contact, allows us to direct the products of contact erosion, flying out of the contact gap, in the direction opposite to the location of the bellows, which connects the movable contact with the shell of the vacuum interrupter chamber. It is assumed that this protects the bellows from burning contact erosion products.
Указанная [6] контактная система обладает следующими недостатками. The specified [6] contact system has the following disadvantages.
1) Вследствие того что область контактирования расположена на оси контактной системы, сила электродинамического отталкивания контактов также направлена вдоль оси контактной системы. При протекании сквозных токов эта сила достигает значительной величины, и для ее компенсации конструкция вакуумного выключателя должна обеспечивать создание соответственного контактного нажатия, что ухудшает его массогабаритные показатели. 1) Due to the fact that the contact area is located on the axis of the contact system, the force of electrodynamic repulsion of the contacts is also directed along the axis of the contact system. With the flow of through currents, this force reaches a significant value, and to compensate for it, the design of the vacuum circuit breaker must ensure the creation of the corresponding contact pressure, which worsens its overall dimensions.
2) Разные радиусы кривизны указанных линий на рабочих поверхностях подвижного и неподвижного контактов обуславливают контактирование (соприкосновение) контактов в ограниченной области. Если рабочие поверхности контактов представляют собою поверхности шаровых сегментов, контактирование новых, не подвергавшихся эрозии контактов происходит в одной точке, расположенной на оси контактной системы. Если рабочие поверхности контактов представляют части цилиндра, контактирование происходит по образующим этих цилиндров. По мере износа контактов вследствие их электрической эрозии при коммутациях тока область контактирования несколько расширяется, но все же остается весьма ограниченной. Известно, что износ контактов обратно пропорционален площади поверхности контактирования. В связи с этим ограничение области контактирования [6] приводит к повышенному износу контактов. 2) Different radii of curvature of the indicated lines on the working surfaces of the movable and fixed contacts cause contacting (contact) of the contacts in a limited area. If the working surfaces of the contacts are the surfaces of the spherical segments, the contacting of new, not eroded contacts occurs at one point located on the axis of the contact system. If the working surfaces of the contacts represent parts of the cylinder, contacting occurs along the generatrices of these cylinders. As the contacts wear due to their electrical erosion during current switching, the contact area expands somewhat, but still remains very limited. It is known that contact wear is inversely proportional to the contact surface area. In this regard, the limitation of the contact area [6] leads to increased wear of the contacts.
3) В контактной системе [6] требование, чтобы рабочая поверхность именно неподвижного контакта имела выпуклую форму, а подвижного - вогнутую, является обязательным. Это ограничивает свободу выбора при конструировании контактных систем. 3) In the contact system [6], the requirement that the working surface of a fixed contact is convex in shape and a movable contact is concave is mandatory. This limits the freedom of choice when designing contact systems.
Целью данного изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а именно увеличение отключающей способности контактной системы без увеличения ее диаметра, уменьшение требуемого контактного нажатия и износа контактов путем придания рабочим поверхностям контактов специальной формы. The aim of this invention is to eliminate the above disadvantages, namely increasing the breaking capacity of the contact system without increasing its diameter, reducing the required contact pressing and wear of the contacts by giving the working surfaces of the contacts a special shape.
Для достижения поставленной цели в контактной системе, включающей присоединенные к токовводам соосные подвижный и неподвижные контакты, причем рабочая поверхность одного из которых имеет выпуклую форму, а другого - вогнутую, предлагается обе упомянутые поверхности выполнять таким образом, чтобы линии пересечения указанных поверхностей с плоскостью, проходящей через ось контактной системы, имели одинаковые радиусы кривизны. При этом отношение высоты каждой из рабочих поверхностей к радиусу ее основания должно находиться в пределах 0,15-0,95. To achieve this goal in the contact system, including coaxial movable and fixed contacts attached to the current leads, the working surface of one of which is convex and the other concave, it is proposed that both surfaces be made so that the lines of intersection of these surfaces with the plane passing through the axis of the contact system, had the same radii of curvature. The ratio of the height of each of the working surfaces to the radius of its base should be in the range of 0.15-0.95.
Для лучшего понимания сущности изобретения на фиг. 14 приведен продольный разрез предлагаемой контактной системы, соответствующей третьему варианту изобретения, на фиг. 15 - вид Ж-Ж на рабочую поверхность подвижного контакта. For a better understanding of the invention, FIG. 14 is a longitudinal section through the proposed contact system according to the third embodiment of the invention; FIG. 15 is a view of MF on the working surface of the movable contact.
Контактная система, представленная на фиг. 14, имеет соосные подвижный 38 и неподвижный 39 контакты, присоединенные к токовводам 3, 7. Рабочая поверхность 40 подвижного контакта - выпуклая, а неподвижного 41 - вогнутая. Обе рабочие поверхности имеют сферическую форму с одним и тем же радиусом сферы. Вид Ж-Ж на рабочую поверхность 40 подвижного контакта, приведенный на фиг. 15, имеет форму круга. Вид И-И на рабочую поверхность 41 неподвижного контакта идентичен виду Ж-Ж. Контакты изготавливаются из специального контактного материала, например из композиции хром-медь или вольфрам-медь. The contact system shown in FIG. 14 has coaxial movable 38 and fixed 39 contacts connected to
Показанная на фиг. 13, 14 контактная система работает следующим образом. Когда контакты 38, 39 замкнуты, ток протекает через токовводы 3, 7, контакты 38, 39 и их рабочие поверхности 40, 41, в любых точках которых возможно контактирование. В этих точках возникают силы электродинамического отталкивания. Составляющие этих сил, параллельные оси контактной системы, которые должны быть скомпенсированы контактным нажатием, во всех точках поверхностей 40, 41, за исключением точек, расположенных вблизи оси, меньше сил электродинамического отталкивания, направленных по нормали к рабочим поверхностям контактов. Shown in FIG. 13, 14, the contact system operates as follows. When the
В вакуумных контакторах и ряде других коммутационных устройств номинальный ток отключения не превышает 5 кА, а наибольший пик сквозного тока соответственно 13 кА. При таких токах силы электродинамического отталкивания не очень велики. Поэтому вблизи оси контактной системы на рабочей поверхности контактов можно и не выделять область, в которой исключается контактирование. В вакуумных выключателях нагрузки сквозной ток значительно превышает отключаемый. Велик сквозной ток и в силовых вакуумных выключателях с током отключения более 5 кА. В указанных выключателях силы электродинамического отталкивания достигают значительных величин. Поэтому в контактных системах, применяемых в вакуумных дугогасительных камерах, предназначенных для указанных выключателей, целесообразно вблизи оси контактной системы выделять область, в которой контактирование исключается. Эта область может, например, представлять собой плоский круг с радиусом r1 на вершине выпуклой рабочей поверхности контактов, аналогично показанному на фиг. 1, 4, 5, 8, 9, 11, 12.In vacuum contactors and a number of other switching devices, the rated breaking current does not exceed 5 kA, and the largest peak of the through current is 13 kA, respectively. At such currents, the forces of electrodynamic repulsion are not very large. Therefore, near the axis of the contact system on the working surface of the contacts, it is possible not to select an area in which contacting is excluded. In vacuum circuit breakers, the through current is significantly higher than the switch-off current. The through current is also great in power vacuum circuit breakers with a tripping current of more than 5 kA. In these switches, the forces of electrodynamic repulsion reach significant values. Therefore, in contact systems used in vacuum interrupter chambers designed for these switches, it is advisable to select an area near the axis of the contact system in which contact is excluded. This region can, for example, be a flat circle with a radius r 1 at the apex of the convex working surface of the contacts, similar to that shown in FIG. 1, 4, 5, 8, 9, 11, 12.
В процессе отключения тока при размыкании контактов 38, 39 между ними в начальной стадии возникает контрагированная дуга, основания каналов которой расположены в точках предшествовавшего контактирования. По мере расхождения контактов 38, 39 контрагированная дуга переходит в диффузную форму, при которой катодные пятна распространяются по всей рабочей поверхности катода, а анодные области дуги следуют за ними. In the process of disconnecting the current when opening the
Придание рабочей поверхности 40 одного из контактов 38 выпуклой формы, а другого (39) - вогнутой (41) с одинаковыми радиусами кривизны линий пересечения указанных поверхностей с плоскостью, проходящей через ось контактной системы, позволяет увеличить площадь рабочих поверхностей контактов, являющихся одновременно областями контактирования, и, следовательно, увеличить отключающую способность, и уменьшить износ контактов без увеличения их диаметра. Giving the working
Указанные выше достоинства контактной системы, соответствующей третьему варианту изобретения, позволяют улучшить массогабаритные показатели вакуумных дугогасительных камер и вакуумных выключателей в целом. The above advantages of the contact system corresponding to the third embodiment of the invention make it possible to improve the overall dimensions of vacuum arcing chambers and vacuum circuit breakers in general.
Выпуклая 40 и вогнутая 41 рабочие поверхности контактов 38, 39 могут иметь форму, отличающуюся от сферической, например, конусную.
Отношения h/r и h/H (фиг. 9) для контактных систем третьего вида должны иметь те же значения, что и для контактных систем первого и второго видов. The h / r and h / H ratios (Fig. 9) for contact systems of the third type should have the same values as for contact systems of the first and second types.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000115381A RU2178927C1 (en) | 2000-06-19 | 2000-06-19 | Contact system of vacuum arc chute ( variants ) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000115381A RU2178927C1 (en) | 2000-06-19 | 2000-06-19 | Contact system of vacuum arc chute ( variants ) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2178927C1 true RU2178927C1 (en) | 2002-01-27 |
Family
ID=20236212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000115381A RU2178927C1 (en) | 2000-06-19 | 2000-06-19 | Contact system of vacuum arc chute ( variants ) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2178927C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2502148C2 (en) * | 2010-10-18 | 2013-12-20 | ЭлЭсАйЭс КО., ЛТД. | Contact unit for vacuum interrupter |
| RU2514732C2 (en) * | 2011-04-27 | 2014-05-10 | ЭлЭсАйЭс КО., ЛТД. | Switching mechanism for distribution device with sf6 gas insulation |
| RU2516378C2 (en) * | 2011-07-25 | 2014-05-20 | ЭлЭсАйЭс КО., ЛТД. | Switchgear with sf6 gas insulation |
| RU170539U1 (en) * | 2016-06-01 | 2017-04-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | CONTACT ELECTRICAL |
-
2000
- 2000-06-19 RU RU2000115381A patent/RU2178927C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2502148C2 (en) * | 2010-10-18 | 2013-12-20 | ЭлЭсАйЭс КО., ЛТД. | Contact unit for vacuum interrupter |
| US8779317B2 (en) | 2010-10-18 | 2014-07-15 | Lsis Co., Ltd. | Contact assembly for vacuum interrupter |
| RU2514732C2 (en) * | 2011-04-27 | 2014-05-10 | ЭлЭсАйЭс КО., ЛТД. | Switching mechanism for distribution device with sf6 gas insulation |
| US8822869B2 (en) | 2011-04-27 | 2014-09-02 | Lsis Co., Ltd. | Switching mechanism for gas insulated switchgear |
| RU2516378C2 (en) * | 2011-07-25 | 2014-05-20 | ЭлЭсАйЭс КО., ЛТД. | Switchgear with sf6 gas insulation |
| US8822867B2 (en) | 2011-07-25 | 2014-09-02 | Lsis Co., Ltd. | Gas insulated switchgear |
| RU170539U1 (en) * | 2016-06-01 | 2017-04-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | CONTACT ELECTRICAL |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5019461B2 (en) | Contact system for electrical switching devices | |
| US6211478B1 (en) | Switching arrangement and method for its production | |
| RU2545514C2 (en) | Configuration of electric contacts for vacuum circuit breaker | |
| US4594489A (en) | Electrical switching element | |
| US5763848A (en) | Electrode for vacuum circuit breaker | |
| CA1239180A (en) | Axial magnetic field vacuum-type circuit interrupter | |
| RU2178927C1 (en) | Contact system of vacuum arc chute ( variants ) | |
| EP0133368A2 (en) | High current switch contact | |
| CN1312714C (en) | Vacuum tube for electric protective equipment such as switch or breaker | |
| CN102668002A (en) | Winding for a contact of a medium-voltage vacuum bulb having improved arc cutoff, and related vacuum bulb and circuit breaker, such as an alternator disconnect circuit breaker | |
| CN111952111A (en) | Double-fracture quick vacuum arc extinguish chamber | |
| US3641293A (en) | Arc chute plates for air curcuit breaker | |
| US5726406A (en) | Electrical vacuum switch | |
| US6100489A (en) | Consumable switching arrangement | |
| RU2098880C1 (en) | Contact system of vacuum arc-quenching chamber | |
| CA1084565A (en) | High-current vacuum switch with reduced contact erosion | |
| CA1252499A (en) | Stationary contact assembly for a current limiting circuit breaker | |
| CN110310860B (en) | Contact device for vacuum bulb | |
| GB2123852A (en) | Electrode contacts for high current circuit interruption | |
| JP4284033B2 (en) | Vacuum valve | |
| US20040061504A1 (en) | Vacuum circuit-breaker and a method for controlling the same | |
| EP2717283B1 (en) | Electrical switching device with multiple nominal contacts and method for manufacturing the electrical switching device | |
| EP4258306A1 (en) | A switching system | |
| JPH11162302A (en) | Vacuum bulb | |
| SU1070621A1 (en) | Switching device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120620 |