RU2230383C2 - Вакуумный выключатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным коммутирующим устройствам, предназначенным для коммутации под нагрузкой электрических цепей в электро- и радиотехнической аппаратуре. Контактная группа в вакуумном выключателе выполнена из двух стержневых неподвижных контактов, расположенных параллельно относительно друг друга, диаметрально противоположно и на одинаковом расстоянии от его продольной оси, причем контактирующие поверхности неподвижных контактов выполнены полусферическими и контактируют с подвижным контактом, выполненным в форме плоского диска из дугостойкого и плохо свариваемого в вакууме материала, например из молибдена, контактирующая плоскость которого расположена перпендикулярно к продольным осям каждого из неподвижных контактов, и закрепленного подвижно на направляющем стержне с возможностью самоустановления относительно точек контактирования с неподвижными контактами, при их смещении относительно друг друга из-за допусков изготовления, и свободного вращения подвижного контакта вокруг направляющего стержня, для чего диаметр отверстия в подвижном дисковом контакте выполнен большим сопредельного с ним диаметра внешней поверхности направляющего стержня по крайней мере наполовину толщины дискового подвижного контакта, а внутренняя поверхность в нем скруглена радиусом, равным половине его толщины. Кроме того, вакуумный выключатель снабжен электродом чашеобразной формы, расположенным концентрично относительно внутренней поверхности металлодиэлектрической оболочки и электрически плотно соединенным с внешним выводом или выполненным с ним за одно целое, причем упомянутый электрод выполняет одновременно функцию защитного экрана, препятствующего осаждению на расположенные в вакуумированной оболочке поверхности деталей из диэлектрика распыляемого материала с контактных поверхностей при токовой коммутации, и токопроводника между внешним выводом и закрепленным на чашеобразном электроде первым неподвижным контактом. Техническим результатом является обеспечение эффективного и быстрого гашения вакуумной дуги. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтным вакуумным коммутирующим устройствам (выключателям, расцепителям, переключателям, дугогасительным камерам и реле), предназначенным для коммутации под нагрузкой электрических цепей переменного (50 Гц) и постоянного токов.

Вакуумный выключатель может быть использован в стационарной, передвижной и бортовой электротехнической и радиотехнической аппаратуре для дистанционного подключения к источникам электропитания и последующего отключения от них различных потребителей электроэнергии.

Известные вакуумные коммутирующие устройства (ВКУ) с двойным разрывом цепи, предназначенные для указанной выше цели, имеют ряд существенных недостатков. Так, например, вакуумный выключатель, конструкция которого предложена в [1], имеет повышенную эрозию рабочих поверхностей контактов в каждом из последовательно расположенных по его продольной оси разрывов, поскольку у него размыкание замкнутой цепи контактов происходит последовательно друг за другом при полном токе отключения и сформировавшейся дуге сначала в первом, а затем еще и во втором разрыве цепи контактов. Кроме того, при последовательном расположении двух разрывов цепи контактов по продольной оси выключателя, его гофрированный упругий элемент (сильфон) имеет большой ход в осевом направлении при замыкании и размыкании цепи контактов в двух разрывах. В результате отмеченного этот вакуумный выключатель имеет низкую механическую (без токовой нагрузки в контактах при коммутации) и коммутационную (при токовой нагрузке в контактах) износостойкость, малое быстродействие и требует к тому же большую мощность для управления его подвижным контактом при замыкании и размыкании электрической цепи.

Ближайшим техническим решением является конструкция вакуумного выключателя с двойным разрывом цепи, предложенная в [2]. Сущность патентуемого в [2] изобретения состоит в том, что в этом вакуумном выключателе неподвижные стержневые выводы-контакты расположены по боковой поверхности диэлектрической оболочки диаметрально противоположно и на одной оси, перпендикулярной к направлению перемещения подвижного контакта, расположенного на изоляторе соосно с передающим ему продольное движение сильфоном. Образуемый при этом двумя последовательно расположенными разрывами контактов суммарный межконтактный зазор в два раза больше перемещения подвижного контакта вдоль продольной оси выключателя, необходимого для замыкания и размыкания цепи контактов. Это в итоге определяет получение у него более высокой механической износостойкости при одинаковом суммарном межконтактном зазоре, поскольку в этом случае ход сильфона в два раза меньше, чем с случае расположения двух разрывов контактов по продольной оси перемещения сильфона [1]. Кроме того, снижение в два раза хода сильфона существенно повышает быстродействие такого вакуумного выключателя при уменьшении потребления мощности электроэнергии, необходимой для управления подвижным контактом.

Однако и этот вакуумный выключатель [2] имеет существенные недостатки, основные из которых заключаются в следующем. Во-первых, из-за расположения неподвижных стержневых выводов-контактов соосно и диаметрально противоположно по боковой поверхности диэлектрической оболочки и перемещения расположенного на сильфоне подвижного контакта перпендикулярно продольной оси неподвижных контактов при замыкании и размыкании цепи между ними, этот вакуумный выключатель имеет Т-образную конструкцию, отличающуюся большими габаритами и массой.

Необходимо также отметить, что в выключателе не приняты меры по ограничению осаждения распыляемого вакуумной дугой материала с контактов на внутреннюю поверхность диэлектрика оболочки. Вследствие отмеченного этот вакуумный выключатель имеет малый коммутационный ресурс при коммутации электрических цепей под токовой нагрузкой. Введение же в его конструкцию системы экранов для защиты поверхностей диэлектрика у оболочки и изолятора от осаждения испаряемого дугой материала контактов еще более увеличивало бы массу и габариты, но при этом не решало бы проблему по эффективной защите расположенных в вакууме поверхностей диэлектрика оболочки и изолятора от осаждения распыляемого материала контактов из-за использованного в нем расположения контактной группы.

Таким образом, в рассмотренных выше конструкциях вакуумных выключателей проблема существенного снижения распыления металла с поверхностей контактов вакуумной дугой при обеспечении одновременно действенной защиты расположенных в вакууме диэлектрических поверхностей от осаждения на них эрозированного вакуумной дугой материала с контактов не нашла эффективного решения, т.е. не найдены эффективные решения по повышению коммутационной и механической износостойкости вакуумных выключателей при сохранении их массы и габаритов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что вакуумный выключатель с двумя разрывами цепи, содержащий укрепленные на вакуумированной камере (оболочке) выводы, неподвижные стержневые контакты, расположенный к каждому из них с одинаковым межконтактным зазором подпружиненный подвижный контакт, через изолятор сочлененный с электромагнитной системой управления поляризованного типа, отличается тем, что контактная группа в нем выполнена из двух стержневых неподвижных контактов, которые расположены параллельно относительно друг друга и диаметрально противоположно и на одинаковом расстоянии от продольной оси выключателя, причем контактирующие поверхности неподвижных контактов выполнены полусферическими и контактируют с подвижным контактом, выполненным в форме плоского диска из дугостойкого и плохо свариваемого в вакууме материала, например из молибдена, контактирующая плоскость которого расположена перпендикулярно к продольным осям каждого из неподвижных контактов, и закрепленного подвижно на направляющем стержне с возможностью самоустановления относительно точек контактирования с неподвижными контактами, при их смещении относительно друг друга из-за допусков изготовления, и свободного вращения подвижного контакта вокруг направляющего стержня, для чего диаметр отверстия в подвижном дисковом контакте выполнен большим сопредельного с ним диаметра внешней поверхности направляющего стержня по крайней мере наполовину толщины дискового подвижного контакта, а внутренняя поверхность в нем скруглена радиусом, равным половине толщины дискового подвижного контакта. Кроме того, вакуумный выключатель снабжен электродом чашеобразной формы, расположенным концентрично относительно внутренней поверхности металлодиэлектрической оболочки и электрически плотно соединенным с внешним выводом или выполненным с ним за одно целое, причем упомянутый электрод выполняет одновременно функцию защитного экрана, препятствующего осаждению на расположенные в вакуумированной оболочке поверхности деталей из диэлектрика распыляемого вакуумной дугой материала с контактных поверхностей при токовой коммутации, и токопроводника между внешним выводом и закрепленным на чашеобразном электроде первым неподвижным контактом, при этом в донной части его выполнено отверстие, расположенное диаметрально противоположно и на расстоянии от продольной оси выключателя, равном расстоянию от продольной оси выключателя до продольной оси первого неподвижного контакта, в котором расположен второй неподвижный контакт с гарантированным кольцевым зазором, превышающим по крайней мере в два раза суммарный межконтактный зазор между неподвижными и подвижным контактами при разомкнутом их положении. Наряду с чашеобразным электродом дисковый подвижный контакт также одновременно выполняет как роль токопроводника между неподвижными контактами при замыкании цепи, так и роль защитного экрана, препятствующего осаждению распыляемого вакуумной дугой металла с контактов на внешней поверхности изолятора и на внутренней поверхности нижней части диэлектрической оболочки при замыкании и размыкании цепи контактов, для чего подвижный контакт расположен концентрично относительно внутренней поверхности электрода чашеобразной формы с гарантированным кольцевым зазором, превышающим в 2-3 раза суммарный межконтактный зазор, и углублен вовнутрь чашеобразного электрода более чем наполовину его длины.

Сопоставительный анализ с известными техническими решениями позволяет сделать вывод о том, что заявляемый вакуумный выключатель отличается тем, что его контактная группа содержит два стержневых контакта, которые расположены параллельно относительно друг друга диаметрально противоположено и на одинаковом расстоянии от продольной оси выключателя, причем контактирующие поверхности неподвижных контактов выполнены полусферическими и контактируют при замыкании цепи с подвижным контактом, выполненным в форме плоского диска из дугостойкого и плохо свариваемого в высоком вакууме материала, например из молибдена или его сплава с висмутом (сурьмой), плоскость которого при разомкнутых контактах расположена перпендикулярно к продольной оси каждого из неподвижных стержневых контактов. Причем подвижный контакт закреплен подвижно на направляющем стержне с возможностью как самоустановления его относительно зон контактирования с неподвижными контактами, при их смещении относительно друг друга в осевом направлении из-за допусков изготовления, так и свободного вращения подвижного контакта вокруг направляющего стержня, для чего диаметр отверстия в подвижном контакте выполнен большим сопредельного с ним диаметра внешней поверхности направляющего стержня по крайней мере наполовину толщины дискового подвижного контакта, а внутренняя поверхность отверстия в нем скруглена радиусом, равным половине толщины этого контакта. Кроме того, вакуумный выключатель снабжен электродом чашеобразной формы, расположенным концентрично относительно внутренней поверхности металлодиэлектрической оболочки и электрически плотно соединенным с внешним выводом или выполненным с ним заодно целое, причем упомянутый электрод одновременно выполняет как функцию защитного экрана, препятствующего осаждению на расположенные в вакуумно-плотной оболочке поверхности деталей из диэлектрика, распыляемого вакуумной дугой материала с контактных поверхностей при токовой коммутации, так и токопроводника между внешним выводом и закрепленным на электроде первым стержневым неподвижным контактом, причем в донной части чашеобразного электрода выполнено отверстие, расположенное диаметрально противоположно и на расстоянии от продольной оси выключателя равном расстоянию от продольной оси первого неподвижного контакта до продольной оси выключателя, в котором расположен второй неподвижный стержневой контакт с кольцевым гарантированным зазором, превышающим по крайней мере в два раза суммарный межконтактный зазор между неподвижными и подвижным контактами при разомкнутом их положении. Наряду с чашеобразным электродом дисковый подвижный контакт также одновременно выполняет как роль токопроводника между неподвижными контактами при замыкании цепи, так и роль защитного экрана, препятствующего осаждению распыляемого вакуумной дугой при замыкании и размыкании цепи контактов металла с поверхностей контактов на внешнюю поверхность изолятора и на внутреннюю поверхность нижней части диэлектрика оболочки, для чего подвижный контакт расположен концентрично относительно электрода чашеобразной формы с гарантированным кольцевым зазором, превышающим в 2-3 раза суммарный межконтактный зазор, и углублен вовнутрь чашеобразного электрода более чем наполовину его длины.

Таким образом, заявляемый вакуумный выключатель соответствует критерию изобретения "новизна". Анализ известных технических решений [1-2] позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом вакуумном выключателе, и признать заявляемое техническое решение соответствующим изобретательскому уровню.

Реализация в предлагаемом вакуумном выключателе указанных выше технических решений устраняет существенные недостатки, присущие известным конструкциям вакуумных выключателей [1-2] без увеличения при этом его массы и габаритов.

Применение в предлагаемом вакуумном выключателе двух неподвижных стержневых контактов, которые расположены параллельно друг другу и к продольной оси выключателя, причем диаметрально противоположно и на одинаковом расстоянии относительно его продольной оси обеспечивает эффективное и быстрое гашение вакуумной дуги, поскольку контактная группа при таком выполнении образует петлю, прохождение тока по которой создает собственное магнитное поле дугогашения, направленное перпендикулярно к каждому из зазоров между неподвижными и подвижным контактами, т.е. перпендикулярно возникающим при размыкании вакуумным дугам в каждом из разрывов между неподвижными и подвижными контактами. Более быстрому гашению дуги между размыкаемыми контактами способствует выполнение контактных поверхностей обоих стержневых неподвижных контактов в форме полусферы. Обусловлено это тем, что в этом случае время горения вакуумной дуги определяется не только скоростью увеличения межконтактного зазора за счет перемещения подвижного контакта и ее гашения собственным магнитным полем, но и за счет "растягивания" дуги благодаря ее смещению за счет собственного магнитного поля из зоны контактирования на "холодную" периферийную часть полусферической поверхности неподвижных контактов. В результате создаются дополнительные условия неустойчивого горения вакуумной дуги. Отмеченное в совокупности со сложностью поддержания вакуумной дуги одновременно в двух последовательно соединенных вакуумных промежутках обеспечивает существенное уменьшение времени горения вакуумной дуги при одном и том же отключаемом токе. Благодаря отмеченному существенно снижается распыление металла с поверхностей контактов при токовой коммутации, что повышает коммутационный ресурс контактов, а в конечном итоге и предлагаемого вакуумного выключателя.

Выполнение контактирующих поверхностей обоих неподвижных контактов в форме полусферы обеспечивает надежное их электрическое соединение с подвижным контактом в форме плоского диска даже при разных длинах межконтактных зазоров между полусферической поверхностью каждого их неподвижных контактов и плоской поверхностью подвижного контакта, обусловленных допусками изготовления. Этому способствует и возможность самоустановления подвижного контакта в требуемом для надежного контактирования положении благодаря выполнению диаметра отверстия по центру подвижного контакта больше сопредельного диаметра направляющего стержня по крайней мере наполовину толщины диска подвижного контакта и округлению внутренней поверхности отверстия радиусом, равным половине толщины дискового подвижного контакта.

Кроме того, предложенное исполнение подвижного контакта создает возможность вращения его вокруг направляющего стержня при коммутации, что обеспечивает износ его поверхности при коммутации не в двух локальных зонах контактирования, а равномерно по окружности диаметром, равным расстоянию между точками контактирования с неподвижными контактами. В результате снижается износ в глубь подвижного контакта, а поэтому меньше увеличивается ход подвижного контакта вследствие эрозионного износа, что в итоге обеспечивает меньшие изменения сопротивления замкнутых контактов после каждого цикла коммутации и способствует повышению как коммутационного ресурса вакуумного выключателя, так и количества его механических коммутаций.

Снабжение вакуумного выключателя электродом чашеобразной формы, концентрично расположенным относительно внутренней поверхности металлодиэлектрической оболочки и электрически плотно соединенным с внешним выводом или выполненным с ним за одно целое, который одновременно выполняет функции как защитного экрана, препятствующего осаждению на расположенные в вакуумно-плотной оболочке поверхности деталей из диэлектрика, распыляемого вакуумной дугой материала с контактных поверхностей при токовой коммутации, так и токопроводника между внешним выводом и закрепленном на чашеобразном электроде первым неподвижным стержневым контактом, обеспечивает в совокупности уменьшение массы и габаритов предлагаемого вакуумного выключателя по сравнению с известными на одинаковые электрические параметры.

Выполнение в донной части чашеобразного электрода отверстия и расположение его диаметрально противоположно и на расстоянии от продольной оси вакуумного выключателя, равном расстоянию от продольной оси первого неподвижного контакта до продольной оси вакуумного выключателя, обеспечивает практически одинаковое контактное нажатие подвижного контакта на каждый из неподвижных контактов в замкнутом положении, что способствует обеспечению надежного пропускания тока через замкнутые контакты и в условиях воздействия механических нагрузок.

Расположение второго неподвижного стержневого контакта в отверстии чашеобразного электрода концентрично и с гарантированным кольцевым зазором, превышающим по крайней мере в два раза суммарный межконтактный зазор между неподвижными и подвижным контактами при разомкнутом их положении, снижает до минимума вероятность возникновения электрических пробоев между внутренней поверхностью отверстия и внешней поверхностью второго стержневого неподвижного контакта, что способствует обеспечению надежной работы вакуумного выключателя с разомкнутыми контактами.

Совмещение подвижным контактом функций токопроводника между неподвижными контактами и экранирующего электрода и расположение подвижного контакта концентрично относительно внутренней поверхности цилиндрической части чашеобразного электрода обеспечивает как надежное электрическое соединение между замкнутыми контактами, так и надежную защиту диэлектрических поверхностей в нижней части металлодиэлектрической оболочки вакуумного выключателя от осаждения на них распыляемого вакуумной дугой материала контактов, что способствует повышению коммутационной способности вакуумного выключателя без увеличения его массы и габаритов.

Таким образом, совокупность отмеченных выше существенных признаков предлагаемого изобретения позволяет получить значительный технический эффект, заключающийся в повышении коммутационного ресурса и количества механический коммутаций, в обеспечении стабильности электрических параметров при длительной эксплуатации, в уменьшении массы и габаритов при повышении надежности работы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид предлагаемого вакуумного выключателя при разомкнутом положении его контактов; на фиг.2 - вид сверху; на фиг.3 - сечение по А-А на фиг.1.

Возможность осуществления изобретения подтверждается представлением конструкции вакуумного выключателя во взаимосвязи входящих в него элементов. Вакуумный выключатель состоит из вакуумно-плотной металлокерамической оболочки, узла подвижного контакта и корпуса электромагнитной системы управления поляризованного типа с катушками электромагнита.

Металлокерамическая оболочка состоит из двух одинаковых соосно расположенных вакуумно-плотных керамических цилиндров 1 и 2. Между керамическими цилиндрами 1 и 2 расположен медный вывод 3, спаянный с ними вакуумно-плотно с помощью твердого припоя. Вывод 3 выполнен за одно целое с чашеобразным электродом 4, на торцевой поверхности которого механически прочно, с помощью пайки твердым припоем или сварки, закреплен неподвижный стержневой контакт 5 из дугостойкого и плохо свариваемого в высоком вакууме высокопроводящего металла, например из молибдена (или его сплава с висмутом или с сурьмой). Второй неподвижный стержневой контакт 6 расположен диаметрально противоположно и параллельно относительно первого неподвижного контакта 5, причем оба неподвижных контакта расположены на одинаковом расстоянии от продольной оси выключателя. Контакт 6 одним концом закреплен механически прочно, с помощью пайки твердым припоем или сварки на медном выводе 7, спаянным вакуумно-плотно с керамическим цилиндром 1. Свободный полусферический конец неподвижного контакта 6 расположен концентрично в отверстии чашеобразного электрода 4 на одном уровне с полусферическим концом первого стержневого контакта 5. Для компенсации разности в коэффициентах линейного термического расширения керамики и меди и снижения тем самым термических напряжений в зоне спая керамического кольца 1 с выводом 7 пайка вывода 7 к торцу кольца 1 производится с помощью компенсационного кольца 8 из керамики или металла с близким к керамике коэффициентом линейного термического расширения (молибден, ковар). По центру вывода 7 вакуумно-плотно припаяна трубка штенгеля 9 из меди, используемого для откачки из внутреннего объема выключателя воздуха и газов, выделяющихся из деталей внутренней арматуры в процессе высокотемпературной вакуумно-термической обработки на откачных постах. По ее завершению трубка штенгеля 9 вакуумно-плотно герметизируется путем ее механического пережима, с обеспечением при этом диффузионной сварки места пережима. Возможен также вариант исполнения вакуумного выключателя применительно к бесштенгельной откачке, тогда надобность в штенгеле 9 отпадает. К нижнему торцу керамического кольца 2 вакуум-плотно по торцу припаяно переходное кольцо 10 из меди или медноникелевого сплава, служащее для вакуум-плотного соединения с помощью сварки кольца 10 металлокерамической оболочки с внешним цилиндром (корпусом) 11 электромагнитной системы управления.

Корпус электромагнитной системы управления включает корпус 12 из магнитомягкого металла, контактирующий в верхней части с диамагнитным цилиндром (корпусом) 11 из меди или медноникелевого сплава, который выполняет роль разделителя сред вакуум - атмосфера. Корпус 12 вакуумно-плотно спаян с шайбой 13 из магнитомягкого металла, которая является одним из элементов магнитопровода электромагнита и контактирует по боковой цилиндрической поверхности с корпусом электромагнита 12. Шайба 13 в свою очередь вакуумно-плотно спаяна с направляющим цилиндром 14, выполненным из диамагнитного металла, например из меди или ее немагнитных сплавов. В нижней части цилиндр 14 вакуумно-плотно спаян с полюсным наконечником 15 из магнитомягкого металла, который по плоскости контактирует в нижней части с корпусом 12, а в верхней части - с торцем подвижного сердечника 16 из магнитомягкого металла в нижнем его положении.

Узел подвижного контакта состоит из подвижного сердечника 16, который в верхней части механически прочно (пайкой, сваркой и т.д.) соединен с держателем 17 из молибдена или ковара. который в свою очередь механически прочно спаян с изолятором 18 из алюмооксидной керамики. К верхнему концу изолятора 18 механически прочно прикреплен держатель 19 из молибдена или другого твердого металла или сплава, на верхнем конце которого подвижно в направлении продольной оси закреплен дисковый подвижный контакт 20 из плохо свариваемого в высоком вакууме и дугостойкого металла, например из молибдена (или его сплава с висмутом или сурьмой). Подвижный контакт 20 выполнен с возможностью перемещения не только в осевом направлении, но также с возможностью поворота вокруг своей оси и относительно плоскости, перпендикулярной продольному его перемещению, т.е. он имеет несколько степеней свободы перемещения. Исходное положение подвижного контакта 20 при его разомкнутом положении обеспечивается упругим воздействием пружины 21 из термостойкого пружинного материала, например из сплава вольфрама (молибдена) с рением, которая одним концом опирается на уступ держателя 19, а другим - на нижнюю плоскую поверхность подвижного контакта 19. Перемещение подвижного контакта 20 под воздействием пружины 21 ограничивается шайбой 22, закрепленной на уступе держателя 19 с помощью стопорного кольца 23, расположенного в кольцевой канавке держателя 19. Роль ограничителя перемещения подвижного сердечника в направлении замыкания цели выполняет ограничительная шайба 24, жестко скрепленная, например, сваркой с шайбой 13, причем шайба 24 может быть выполнена либо с радиальным пазом шириной по диаметру держателя 17, либо разрезной для обеспечения посадки сердечника 16 в направляющий цилиндр 14 при сборке.

Катушка управления электромагнита состоит из двух обмоток управления 25 и 26, намотанных на каркасы 27 и 28 из диэлектрика и жестко закрепленных на них, например, с помощью клея. Между ними строго посередине и диаметрально противоположно закреплены два постоянных магнита 29 и 30, выполненных в виде секторов и имеющих радиальное направление силовых линий магнитного поля (магниты с радиальным намагничиванием). Обмотки 25 и 26 закрыты охранными цилиндрами 31, а и 31,б из диэлектрика. Распайка провода обмоток 25 и 26 выполнена на выводы 32 изолятора 33. После установки собранной катушки управления на направляющий цилиндр 14 на нее устанавливается корпус электромагнита 12, который прижимается к нижнему торцу полюсного наконечника 15 с помощью гайки 34 из магнитомягкого металла. Для исключения самоотвинчивания гайки при воздействии вибрационных нагрузок она ставится на клей или дополнительно крепится любым другим способом.

Крепление выключателя на рабочем месте в аппаратуре обеспечивается с помощью фланца 35, механически прочно спаянного с переходным кольцом 10. После вакуумно-плотной герметизации штенгель 9 закрывается колпачком 36, который ставится на эпоксидный компаунд 37.

Принцип действия выключателя состоит в следующем. Выключатель имеет дистанционное импульсное управление и потребляет электроэнергию на управление только в момент замыкания или размыкания цепи между неподвижными контактами. В исходном состоянии цепь между неподвижными контактами может быть разомкнута или замкнута. При разомкнутом положении контактов сердечник 16 находится у торца полюсного наконечника 15. В исходном положении для этого случая магнитный поток постоянных магнитов 29 и 30 замкнут по следующему пути: постоянные магниты 29 и 30, часть сердечника 16, прилегающая к торцу полюсного наконечника 15, полюсный наконечник 15, основание корпуса электромагнита 12, цилиндрическая часть корпуса 12 и далее внешняя поверхность постоянных магнитов 29 и 30, которая соприкасается с внутренней поверхностью цилиндрической части корпуса 12.

Для переключения подвижного контакта 20 из разомкнутого в замкнутое положение на нижнюю обмотку управления 26 подается импульс напряжения с полярностью, создающей в обмотке управления 26 магнитный поток, противоположно направленный основному магнитному потоку в данной ветви. При достижении равенства поляризующего и управляющего магнитных потоков, за счет магнитного потока второй ветви и мгновенного перераспределения основного магнитного потока на вторую (верхнюю) ветвь сердечник 16 перебрасывается во второе устойчивое состояние к нижнему торцу шайбы 24. При этом подвижный контакт 20, перемещаясь вверх по продольной оси выключателя, замыкает цепь между неподвижными контактами 5 и 6. Кинематическая схема подбирается таким образом, что замыкание электрической цепи между неподвижными контактами 5 и 6 подвижным контактом 20 происходит несколько раньше, чем сердечник 16 достигнет нижнего торца ограничительной шайбы 24. При дальнейшем перемещении сердечника 16 вверх по направлению продольной оси, за счет упругой деформации пружины 21 создается контактное нажатие подвижного контакта 20 на неподвижные контакты 5 и 6. Требуемое для надежной работы контактное нажатие обеспечивается соответствующим выбором тягового усилия электромагнитной системы управления и упругих свойств пружины 21.

Для переключения подвижного контакта 20 из замкнутого в разомкнутое положение импульс напряжения питания подается на верхнюю обмотку управления 25, при этом сердечник 16 электромагнита возвращается к полюсному наконечнику 15.

Источники информации

1. Патент США №2 863 026, кл. 200-144, 1964.

2. Патент США №2 981 813, кл. 200-144, 1965.

Claims (8)

1. Вакуумный выключатель, содержащий укрепленные на вакуумированной оболочке высоковольтные выводы, расположенные в вакуумированной дугогасительной камере стержневые неподвижные контакты, подпружиненный подвижный контакт, расположенный к каждому из неподвижных контактов с одинаковым зазором и сочлененный через изолятор с электромагнитной системой управления, отличающийся тем, что контактная группа в нем выполнена из двух неподвижных стержневых контактов, которые расположены параллельно относительно друг друга, диаметрально противоположно и на одинаковом расстоянии от продольной оси выключателя, причем контактирующие поверхности их выполнены полусферическими и контактируют с подвижным контактом, выполненным в форме плоского диска из дугостойкого и плохо свариваемого в высоком вакууме материала, например из молибдена или сплава его с висмутом или сурьмой, плоскость которого при разомкнутых контактах расположена перпендикулярно продольным осям каждого из неподвижных контактов, и закрепленного подвижно на направляющем стержне с возможностью самоустановления его относительно точек контактирования с неподвижными контактами в случае их смещения относительно друг друга в осевом направлении из-за допусков изготовления и свободного вращения подвижного контакта вокруг направляющего стержня, для чего диаметр отверстия в подвижном контакте выполнен большим сопредельного с ним диаметра внешней поверхности направляющего стержня по крайней мере на половину толщины дискового подвижного контакта, а внутренняя поверхность отверстия скруглена радиусом, равным половине толщины дискового подвижного контакта.

2. Вакуумный выключатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен электродом чашеобразной формы, расположенным концентрично относительно внутренней поверхности металлодиэлектрической оболочки и электрически плотно соединенным с внешним выводом.

3. Вакуумный выключатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутый чашеобразный электрод одновременно выполняет функции защитного экрана, препятствующего осаждению на расположенные в вакуумированной оболочке поверхности деталей из диэлектрика распыляемого вакуумной дугой материала с контактных поверхностей при токовой коммутации, и токопроводника между внешним выводом и закрепленным на чашеобразном электроде первым стержневым контактом.

4. Вакуумный выключатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в донной части чашеобразного электрода выполнено отверстие, расположенное диаметрально противоположно и на расстоянии от продольной оси выключателя, равном расстоянию от первого неподвижного контакта до продольной оси выключателя, в котором концентрично расположен второй неподвижный контакт с гарантируемым по электрической прочности кольцевым зазором.

5. Вакуумный выключатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что кольцевой зазор превышает по крайней мере в два раза суммарный межконтактный зазор между неподвижными и подвижными контактами при разомкнутом их положении.

6. Вакуумный выключатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что дисковый подвижный контакт в нем выполняет одновременно роль защитного экрана, препятствующего осаждению распыляемого вакуумной дугой металла контактов на внешней поверхности изолятора, на котором расположен подвижный контакт, и на внутренней поверхности нижней части диэлектрической оболочки.

7. Вакуумный выключатель по любому из пп.1, 2 и 6, отличающийся тем, что подвижный контакт расположен концентрично относительно электрода чашеобразной формы с гарантированным кольцевым зазором, превышающим в 2÷3 раза суммарный межконтактный зазор.

8. Вакуумный выключатель по любому из пп.1, 2, 6 и 7, отличающийся тем, что подвижный контакт углублен вовнутрь чашеобразного электрода более чем наполовину его длины.

Images