SU760224A1 - Вакуумный переключатель 1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к области импульсной электроэнергетики, а именно к высоковольтным вакуумным коммутаторам постоянного тока.

Широкое применение вакуумных коммутаторов для коммутации высоковольт- ₅ ных цепей постоянного и переменного тока обусловлено свойствами вакуума, как хорошей изолирующей среды, а также малым весом и габаритами при высоком значении коммутируемой мощности.

ю

Известны высоковольтные вакуумные выключатели постоянного тока, работающие по принципу принудительного гашения вакуумной дуги, образующейся при разведении контактов выключателя путем обесточивания контактов при встречном разряде ¹⁵ вспомогательного конденсатора обходного контура в цепях постоянного тока [1].

Наиболее близким по конструктивному решению является вакуумный переключатель, содержащий расположенные внутри ₂о изоляционного корпуса подвижный и неподвижный контакты, рабочие части которых выполнены в виде коаксиально расположенных конусных поверхностей с отверсти2

ем в середине одного из них, а снаружи корпуса — катушку индуктивности [2].

Недостатком такого вакуумного выключателя является малый срок службы и невысокая надежность, связанная с разрушением поверхности контактов вакуумной дугой отключения.

Целью изобретения является увеличение срока службы переключателя и его надежности.

Поставленная цель достигается тем, что вакуумный переключатель снабжен помещенным внутри корпуса металлическим коллектором, так что неподвижный контакт с отверстием в центре расположен между подвижным контактом и коллектором.

На фиг. 1 изображен описываемый вакуумный переключатель; на фиг. 2 и 3 — схема подключения описываемого переключателя в системе с индуктивным накопителем с обходным контуром, содержащим плавную вставку или искусственную линию соответственно.

Вакуумный переключатель 1 содержит изоляционный корпус 2, соединенный с внешним металлическим кольцом 3. К нижнему краю внутреннего кольца 4 припаян силь760224

фон 5, соединенный с подвижным контактом 6, контактная поверхность которого имеет форму усеченного конуса. Неподвижный контакт 7, соединенный с внешним кольцом 3, имеет форму усеченного конуса с отверстием в центре. Внешнее металлическое кольцо 3 отделено от внутреннего кольца 4 с помощью изолятора 8. В торец изоляционного корпуса 2 соосно с ним впаян металлический коллектор 9. Снаружи корпуса размещены витки 10 катушки индуктивности. Роль катушки индуктивности может выполнять индуктивный накопитель энергии. Подводящие провода в цепи отключаемого тока присоединены к внешнему кольцу 3 и подвижному контакту 6, а нагрузка подсоединена между внешним кольцом 3 и коллектором 9.

Устройство отключения постоянного тока содержит последовательно соединенные источник постоянного напряжения 11, индуктивный накопитель 12 и вакуумный переключатель 1, параллельно которому включена - цепь из последовательно соединенных плавкой вставки 13, управляемого разрядника 14 и конденсатора 15, шунтированного другим управляемым разрядником 16, причем нагрузка 17 включена между коллектором вакуумного переключателя 1 и его неподвижным контактом. Вместо плавкой вставки 13 с конденсатором 15 и управляемым разрядником 16 обходной контур может содержать искусственную' линию 18.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии контакты 6 и 7 замкнуты и по ним протекает ток индуктивного накопителя 12, заряжаемого от источника постоянного напряжения 11. После поджига управляемого разрядника 14 предварительно заряженный конденсатор 15 разряжается через замкнутые контакты 6 и 7, обесточивая их. Одновременно с этим начинается разведение обесточенных контактов 6 и 7. При этом ток индуктивного накопителя переводится в ветвь, содержащую плавкую вставку 13, управляемый разрядник 14 и конденсатор 15. Последний разряжается током индуктивного накопителя до нуля и после начала переполюсовки напряжения на нем обратной полярности (показано.в скобках) поджигается управляемый разрядник 16, который шунтирует конденсатор 15 и препятствует его зарядке до высокого напряжения, которое могло бы инициировать вакуумный прббой между недостаточно разведенными контактами вакуумного переключателя 1. Таким образом, контакты вакуумного переключателя разводятся в обесточенном состоянии, а к межконтактному промежутку приложено при этом напряжение,близкое к нулю (точнее, оно равно падению напряжения иа' плавкой вставке и двух разрядниках). Длительность паузы тока и напряжения на контактах переключателя оп-. ределяется параметрами плавкой вставки. После разведения контактов вакуумного переключателя на некоторое расстояние плавкая вставка 13 взрывается и обходной контур, состоящий из управляемых разрядников 14 и 16, отключается. На выводах индуктивного накопителя 12 индуцируется высокое напряжение, которое прикладывается к разведенным контактам вакуумного переключателя. Под действием этого высокого напряжения с боковой поверхности усеченного конуса подвижного контакта 6 эмиттируются электроны. Это могут быть как автоэлектроны (как показано на фиг. 1), так' и термоэлектроны (система подогрева катода здесь не показана). Электроны, эмиттированные с боковой поверхности подвижного контакта 6 следуют вдоль силовых линий магнитного поля, образованного витками 10 фокусирующей катушки, через отверстие в неподвижном контакте 7 к коллектору 9. Кольцевой электронный пучок, ускоренный· в межконтактном промежутке между подвижным 6 и неподвижным 7 контактами, находясь в пролетном пространстве между контактом 7 и коллектором 9, тормозится разностью потенциалов, падающей на нагрузке 17, и, попадая с низкой энергией на коллектор 9, не вызывает значительного разогрева его поверхности, которая могла бы привести к пробою межконтактного зазора и образованию вакуумной дуги. Вакуумный переключатель работает здесь в режиме электронной лампы, в анодную цепь которой включена нагрузка, а на управляющий электрод подано напряжение от анодного источника высокого напряжения.

Работа устройства по фиг. 3 отличается от описанного лишь тем, что пауза тока на контактах вакуумного переключателя 1 создается при разряде искусственной линии 18 после поджига управляемого разрядника 16 в режиме короткого замыкания. Длительность паузы тока и напряжения на контактах переключателя определяется параметрами искусственной линии и числом ее звеньев. После двойного пробега в линии к переключателю сказывается приложенное напряжение, до которого перезарядилась линии, и дальнейшая работа устройства происходит так же, как и в схеме по фиг. 2.

В отличие от прототипа, принудительное обесточивание контактов вакуумного переключателя осуществляется в предлагаемом устройстве не в конце процесса разведения контактов, а в самом начале, начиная с момента, непосредственно предшествующего их разведению. После прекращения паузы тока зазор, образовавшийся между разводимыми контактами вакуумного выключателя, еще слишком мал для обеспечения электрической прочности промежутка при -высоком значении восстанавливающегося на зазоре

760224

5

напряжения. Напряженность электрического поля в межконтактном промежутке очень быстро достигает величины, достаточной для обеспечения автоэлектронной эмиссии с отрицательного электрода, которая могла бы стать причиной пробоя межконтактного про- ₅ межутка и возникновения вакуумной дуги. Однако, чтобы этого не произошло, эмиттируемые с.контакта, имеющего отрицательный потенциал, автоэлектроны с помощью фокусирующего поля выводятся в виде кольцевого пучка через отверстие в центре дру- Ю того контакта, находящегося под положительным потенциалом, в пролетное пространство, где тормозятся и попадают на коллектор, обладая низкой энергией, не вызывая пробоя межконтактного промежутка и возникновения вакуумной дуги. Таким образом, ток индуктивного накопителя вначале протекает через замкнутые контакты 6 и 7, затем переводится в обходной контур, а после отключения обходного контура протекает вновь через переключатель в виде 20 электронного тока между контактом 6 и коллектором 9. Отсутствие вакуумной дуги дает возможность резко повысить срок службы вакуумного выключателя и приблизить его к сроку службы электронных вакуумных приборов, поскольку устраняется основная причина разрушения поверхности контактов, появления кратеров, каверн, микротрещин и пр. Кроме того, к достоинствам предлагаемого устройства можно отнести малый ход подвижного контакта и связанное с зо этим уменьшение весо-габаритных характеристик привода выключателя. Это объясняется тем, что отпадает необходимость разведения контактов на большое расстояние,

как в прототипе, обеспечивающее полное восстановление электрической прочности межконтактного промежутка после погасания вакуумной дуги. В предлагаемом устройстве достаточно развести контакты на сравнительно малое расстояние, при котором уже обеспечивается возможность вытягивания и транспортировки эмиттированных электронов с помощью фокусирующего магнитного поля'в пролетное пространство, минуя второй контакт, играющий роль ускоряющего электрода.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Вакуумный переключатель для коммутации энергии индуктивного накопителя, содержащий расположенные внутри изоляционного корпуса подвижный и неподвижный контакты, рабочие части которых выполнены в виде коаксиально расположенных конусных поверхностей с отверстием в середине одного из них, а снаружи корпуса — катушку индуктивности, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы переключателя и его надежности, он снабжен металлическим коллектором, помещенным внутри корпуса соосно с контактами таким образом, что неподвижный контакт с отверстием в центре расположен между подвижным контактом и коллектором.