SU1345271A1

SU1345271A1 - Контактна система вакуумной дугогасительной камеры

Info

Publication number: SU1345271A1
Application number: SU864103129A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Евгеньевич Куликов; Евгений Алексеевич Шохин; Карлен Георгиевич Мнацаканян; Михаил Егорович Данилов
Original assignee: Всесоюзный Электротехнический Институт Им.В.И.Ленина
Priority date: 1986-08-18
Filing date: 1986-08-18
Publication date: 1987-10-15

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике , в частности к вакуумным ду- гогасительньм камерам (ВДК) с контактной системой аксиального магнитного пол . Цель изобретени - повышение коммутационной способности ВДК, механической прочности контактной системы, надежности и срока службы ВДК. Исходным положением повышени коммутационной способности данного изобретени вл етс энергети- . ческий принцип минимума коммутационной дуги, реализуемый пропусканием по витку индуктора аксиального магнитного пол контактной системы чаг.- ти полного отключаемого тока такой величины, при которой возбуждаемое магнитное поле поддерживает дугу в диффузной форме при минимальном падении напр жени . Остальна чпсть полного тока проходит по оси системы через металлическую вставку 2, расположенную между индуктором 7 и контактным стержнем 4. Определенное отношение указанных частей, полного тока конструктивно реализуетс соответствующим подбором отношени электрических сопротивлений индуктора Р, и металлической вставки Р.р при заданном числе плеч индуктора. Повьше- нию отключающей способности ВДК способствует также уменьшение неоднородности распределени аксиального магнитного пол полной компенсацией сторонних магнитных полей, возбуждаемых радиальными токами в плечах индуктора с помощью дополнительно введенных обратных радиальных плеч в плоскости витка индуктора. Повьшгение же механической прочности контактной системы и срока службы ВДК достигаетс введением замкнутого кожуха (t,3), предотвращающего деформацию контактной пластины при ударах и защищающего элементы системы от сильноточной дуги. 4 ил. с € (Л со 4 О1 ГС п

Description

Изобретение относитс к электротехнике , в частности к вакуумным коммутационным аппаратам, а именно к вакуумным дугогасительным камерам (ВДК),

Цель изобретени - улучшение ком- нутационной способности ВДК, повышение механической прочности контактной системы, надежности и срока служ- 10 Каждое из радиальных плеч индуктора

бы ВДК.

На фиг. 1 представлен осевой разрез вдоль радиальной щели плеча индуктора предлагаемой контактной системы (одноплечий вариант);на фиг.2 - одноплечий индукторi на фиг. 3 - осевой разрез контактной системы вдоль радиальных щелей плеч индуктора (двуплечий вариант)5 на фиг. 4 - двуплечий индуктор.

Конактна система состоит из п ти деталей: контактной пластины (верхн часть кожуха) 1, индуктора аксиального магнитного пол , металлической вставки (токораспределитель- ного элемента) 2, нижней части кожуха 3 и контактного стержн .4- Контактна пластина 1 выполнена из дуго- стЪйкого материала с высокой удельной электропроводностью, близкой к электропроводности меди, например, и имеет цилиндрическую форму. Поверхность пластины 1 в основном плоска , кроме центральной части - выступа 5, выполненного в форме усеченного конуса , диаметр верхнего, контактирующего основани которого соответствует диаметру цилиндрического центрального выступающего элемента 6 индуктора , плоска поверхность на периферии переходит гладко на боковую цилиндрическую поверхность контактной пластины 1 с помощью закруглени

Индуктор аксиального магнитного пол представл ет собой цельный элемент , выполненный из металла с высокой электропроводностью, например из бескислородной меди или меди электроннолучевой плавки, состо щий из центрального круглого участка, радиального плеча (или плеч) и кольцевого витка 7, имеющего один или два разрыва. Центральный участок состоит из двух параллельно расположенных друг над другом и пространственно разделенных щелью А частей 8 и 9, одна из которых (верхн часть) 8 представл ет сплошное цилиндрическое тело с выступом и углублением на

его основани х, а друга часть 9 выполнена в форме кольца и насажена на торцовую часть 10 контактного .стержн 4 и припа на к нему внутренней поверхностью. Верхн часть 8 центрального участка соедин етс с контактной пластиной с помощью пайки выступа 6 к ее обратной поверхности.

состоит из двух параллельно расположенных в плоскости витка 7 и пространственно разделенных щелью Б частей 11 -и 12, отход щих соответственно от верхней Ъ и нижней 9 частей центрального участка и оканчивающихс на двух свободных концах кольцевого витка 7 в месте его разрыва, при этом части плеча 11 и 12 riepexoд т к част м 8 и 9 посредством пр моугольных ступенекJ вырезанных в част х 11 и 12 и направленных противоположно друг другу. Токораспреде- лительный элемент 2, выполненный в

форме диска из, например, манганина, константана и других подобных металлов , расположен на оси системы между верхней частью 8 центрального участка индуктора и контактным стержнем 4 и

присоединен к ним основани ми диска 2 с помощью пайки. Индуктор и вставка 2 заключены в замкнутый кожух, выполненный в форме полого цилиндра, одно из оснований которого представл ет контактную пластину 1. Остальна - нижн часть 3 кожуха, выполненна из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, например, из нержавею1цей стали, насажена на торцовую часть 10 контактного стержн 4 через отверстие в основании цилиндра и с помощью сварки или пайки закреплена со стержнем 4. Части кожуха соединены между собой также с помощью сварки или пайки, выполненных вдоль окружности цилиндра .

Принцип работы контактной системы заключаетс в следующем.

В замкнутом положении контактов полный ток проходит через центральный выступ 5 контактной пластины 1 на цилиндрическую часть 8 центрального участка индуктора. Далее ток делитс на две (фиг. 2) или три (фиг, 4) части (в зависимости от числа плеч индуктора). При этом одна часть тока проходит по оси системы через вставку 2 на контактный

134527

стержень 4, а друга часть проходит

через составл ющую плеча 11 по кольцевому витку 7, возбужда ,аксиальное магнитное поле, и по составл ющей 12 возвращаетс к центральному участку индуктора на его нижнюю кольцевую (часть 9 и проходит на контактный стержень 4, суммиру сь здесь с осевой частью тока. Отличие контактных систем с и более плечами индуктора состоит лишь в том, что полньш ток, за вычетом осевой части, делитс на элементе 8 на равные части, соответственно числу плеч индуктора, кажда из которых проходит до контактного стержн 4 указанный путь. Соотношение токов, протекающих по оси системы и витку индуктора, определ етс величиной электрического .сопротивлени вставки (токораспреде- лител ) 2, исход из услови , чтобы величина аксиального магнитного пол , возбуждаемого протекающим по витку 7 током, соответствовала такому энергетическому состо нию дуги, возникающей при размыкании контактов при котором падение напр жени на дуге принимает минимальное значение. При таком распределении токов уело- вие минимума напр жени выполн етс всегда, независимо от числа плеч индуктора, так как по витку 7 будет течь один и тот же ток. Кроме того, в отличие от контактной системы, где полный ток делитс дискретно на целое число частей, что не дает возможности получить точного значени минимума падени напр жени на дуге, в предлагаемом способе распределени токов с помощью подбора соответствующего сопротивлени , вставки (токо- распределител ) 2, в силу непрерывности электрического сопрбтивлени , как физической величины, можно обеспечить указанный минимум с необходимой точностью.

Сопротивление вставки 2 определ етс из уравнени следующего вида

. RT/RM п/ (К - п), К 7 п

сопротивление вставкиj сопротивление индуктораj число плеч индуктора;

отношение полного отключаемого тока к току, протекающему по витку 7 индуктора , при котором падение напр жени на дуге минимально.

На основе анализа опытных данных в широком диапазоне изменени отключаемого тока установлено, что значени К лежат в области (3,5 - 4,5). Отсюда, в частност1г, следует, что дл поддержани дуги в диффузной форме и уверенного ее отключени число плеч индуктора любой контактной сис0 темы не должно превышать п ти, или, что равнозначно, величина тока, текущего по витку индуктора, не должна быть меньше п той части полного отключаемого тока.

5 При размыкании контактов между противоположными контактными пластинами 1 образуетс электрическа ду- .га, котора в течение всего времени отключени цепи благодар возбужде0 нию в межконтактном промежутке существенно аксиального магнитного пол и наличию минимума напр жени на дуге будет поддерживатьс в диффузной форме. В начальный момент раз5 мыкани , благодар наличию центрального выступа 5, дуга будет возникать на этой ограниченной площади контактной пластины 1, что дает возможность , при отключении больших токов.

0 свыше 40 кА контролировать место инициировани дуги, исключив тем самым оплавление остальной поверхности контактной пластины концентрированной короткой дугой, возникаю5 щей при размыкании в амплитуде тока а также уменьшить врем Перехода концентрированной формы дуги в диффузную , чему способствует наличие под центральным выступом 5 высоко0 провод щего элемента 8, возникновение вихревых токов в котором приводит к некоторому уменьшению магнитной индукции аксиального пол в области выступа 5, способствующему

5 быстрому рассасыванию плазмы в области с более высоким значением магнитной индукции. Наличие в данной контактной системе пр молинейного осевого токового канала и выступа 5

0 позвол ет при замкнутом положении контактов избавитьс от паразитных криволинейных токовых каналов, увеличивающих электрическое сопротивление системы, тем самым, в частности,

5 уменьшить омический нагрев контактной пластины при протекании номинального тока.

В предлагаемой контактной системе , вследствие параллельности и

противоположной направленности тока в составл ющих 11 и 12 радиального плеча индуктора, расположенных в одной плоскости, параллельной контактной пластине 1 и равноудаленных от нее, результирующее магнитное поле этих токов в межконтактном промежутке , за исключением малой осевой зоны, практически будет равно нулю и поэтому не внесет искажений в распределении основного аксиального магнитного пол , однородность и симметричность которого вл етс одним из условий поддержани дуги в диффуз- ной форме и, в конечном счете, успешного ее гашени вакуумной камерой. Металлический кожух 1 и 3, в который заключены индуктор и вставка 2 при коммутационных операци х с/без тока, выполн ет следующие основные функции повышает механическую прочность системы , так как при ударных нагрузках (операци замыкани ) полное усилие на контактную пластину распредел ет- с как по оси системы,, так и по цилиндрическому стакану 3, а также исключаетс возможность деформации контактной пластины от косых ударов при

также защищает конструктивные элементы системы, наход щиес под контактной пластиной,от повреждени дугой при перемещении катодных и анодных п тен на боковую поверхность контактов , имеющего место при форсированных режимах отключени , сопровождаемых образованием анодного п тна и локальным увеличением плотности тока на поверхности контактов.

Кроме указанных функций, обеспечивающих повышение механической прочности системы и увеличение срока службы и надежности ВДК, металлический кожух может способствовать также повьшению электрической прочности промежутков контакт - контакт и контакт - экран в силу того, что поверхность кожуха выполнеьса всюду гладкой и непрерывной и поэтому исключены резкие изменени ее кривизны, вызывающее местные повышени напр женности электрического пол .

Преимуществом предлагаемой контактной системы по сравнению с из-, вестной вл ютс : поддержание энергии дуги на возможно минимальном уровне в процессе отключени цепи дл произвольно выбранного контактного материала, упрощение конструкции и технологии изготов1 ени , а также повышение механической прочности контактной системы и увеличение срока службы ВДК.

Формула

изобретени

Контактна система вакуумной ду- гогасительной камеры (ВДК), содержаща пару контактных пластин, пару индукторов аксиального магнитного пол с .радиальными плечами, пару металлических вставок, пару контактных стержней, по крайней мере один из которых вл етс подвижным, отличающа с тем, что, с целью улучшени коммута1щонной способности

ВДК, повышени механической прочности контактной системы, надежности и срока службы ВДК, металлическа вставка расположена на оси системы между индуктором и контактным стержнем , электрическое сопротивление R котЬрой определ етс уравнением

n/(k - п), k

RK сопротивление индуктора , п - число плеч индуктора; k - число, значение которого лежит в пределах 3i,5 k i

М,5,

при этом каждьш. индуктор выполнен как цельный элемент, состо щий из центрального участка, по крайней мере одного радиального плеча и кольцевого витка, имеющего по крайней

мере один разрыв, а центральный участок индуктора вьтолнен из двух параллельно расположенных друг над другом пространственно разделенных частей, одна из которых, выполненна

в форме сплошного цилиндра, с высту пом и углублением на его основани х, присоединена к контактной пластине и металлической вставке, друга часть выполненна в форме кольца, насажена на торцовую часть конта ктного стержн , причем каждое радиальное плечо выполнено из двух параллельно расположенных в плоскости витка индуктора и пространственно разделенных щелью частей, отход щих от разных частей центрального участка и оканчивающихс на двух свободных концах кольцевого витка, индуктор и металлическа вставка заключены в дополнительно введенный замкнутый кожух , состо щий из двух частей, одна из которых представлена собственно контёктной пластиной, а друга часть, выполненна в форме стакана из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, насажена на торец контактного стержн через отверстие на дне стакана и прикреплена к нему, причем указанные части кожуха соединены между собой.

(1

8 1

/ /

.12

f

фие.З

r)

In

Редактор И.Сегл ник

Составитель В.Попова

Техред Л.Сердюкова Корректор А.Обручар

Заказ 4927/51Тираж 696Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород,, ул. Проектна , 4

Фи.

Claims

Формула изобретения

Контактная система вакуумной дугогасительной камеры (ВДК), содержащая пару контактных пластин, пару индукторов аксиального магнитного • поля с .радиальными плечами, пару металлических вставок, пару контактных стержней, по крайней мере один из которых является подвижным, отличающаяся тем, что, с целью улучшения коммутационной способности ВДК, повышения механической прочности контактной системы, надежности и срока службы ВДК, металлическая вставка расположена на оси системы между индуктором и контактным стержнем, электрическое сопротивление R которой определяется уравнением

R_r/R_H = n/(k - η), k 7, η, •

где R_w - сопротивление индуктора·, ^: η - число плеч индуктора; к - число, значение которого лежит в пределах 3,5 к ё ^4,5, . при этом каждый.индуктор выполнен как цельный элемент, состоящий из центрального участка, по крайней мере одного радиального плеча и кольцевого витка, имеющего по крайней ι мере один разрыв, а центральный участок индуктора выполнен из двух параллельно расположенных друг над кости системы и увеличение срока службы и надежности ВДК, металлический кожух может способствовать также повышению электрической прочности промежутков контакт - контакт и контакт - экран в силу того, что поверхность кожуха выполнена всюду гладкой и непрерывной и поэтому исключены резкие изменения ее кривизны, вызывающее местные повышения напряженности электрического поля.

Преимуществом предлагаемой контактной системы по сравнению с из-, вестной являются: поддержание энергии дуги на возможно минимальном уровне в процессе отключения цепи для произвольно выбранного контактдругом пространственно разделенных частей, одна из которых, выполненная 45 в форме сплошного цилиндра, с высту пом и углублением на его основаниях, присоединена к контактной пластине и металлической вставке, другая часть выполненная в форме кольца, насаже50 на на торцовую часть контактного стержня, причем каждое радиальное плечо выполнено из двух параллельно расположенных в плоскости витка индуктора и пространственно разделен55 ных щелью частей, отходящих от разных частей центрального участка и оканчивающихся на двух свободных концах кольцевого витка, индуктор и металлическая вставка заключены в до·

Ί полнительно введенный замкнутый кожух, состоящий из двух частей, одна из которых представлена собственно контактной пластиной, а другая часть, выполненная в форме стакана из материала с высоким удельным электричес ким сопротивлением, насажена на торец контактного стержня через отверстие на дне стакана и прикреплена к нему, причём указан ные части кожуха соединены между собой.

фиг.З