Вакуумный выключатель тока
Владельцы патента RU 2462780:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к силовым вакуумным выключателям постоянного и переменного тока. Вакуумный выключатель содержит корпус, разделенный высоковольтным изолятором, образуя при этом дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами. Подвижный электрод прикреплен к корпусу при помощи токоввода и металлической гофры, которая отделяет вакуумную среду камеры от окружающей среды. Подвижный и неподвижный электроды снабжены кольцевыми контактами, в которых со стороны их крепления к соответствующим электродам выполнены одинаковые радиальные равномерно расположенные по окружности пазы. В пазы кольцевых контактов вставлены П-образные постоянные магниты, симметричные относительно контактирующей поверхности соединения контактов и соединяемые друг с другом во включенном состоянии выключателя. Полярность полюсов магнитов, находящихся друг против друга на подвижном и неподвижном кольцевых контактах, одинакова. Технический результат - увеличение концентрации магнитного поля в межконтактном промежутке, уменьшение электроэрозионного износа контактов и улучшение коммутирующих характеристик. 3 ил.
Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой коммутационной аппаратуре, и предназначено для использования в вакуумных выключателях и контакторах постоянного и переменного тока.
Известен вакуумный выключатель тока, содержащий дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами с торцевыми контактами, закрепленными на корпусе камеры, и магнитную систему, формирующую между контактами поперечное оси поле. Магнитная система расположена по оси со стороны одного из контактов и выполнена формирующей поперечно-радиальное поле [Патент РФ №2230385, МПК 7 H01H 33/664, опубл. 10.06.2004].
Недостатком этого вакуумного выключателя является конструкция центральной части корпуса камеры, расположенной внутри неподвижного электрода с кольцевым контактом. Эта часть корпуса электрически связана с неподвижным контактом, а магнитное поле вблизи нее перпендикулярно к ней, так как является аксиальным по своей природе. Дуга, возникающая между контактами при их размыкании, выталкивается из рабочего зазора и может устойчиво гореть между центральной частью подвижного электрода и центральной частью корпуса, расположенной внутри неподвижного контакта, так как электрическое и магнитное поля параллельны у оси. Таким образом, ухудшаются коммутационные характеристики выключателя: снижается величина коммутирующего тока и увеличивается время прерывания дуги.
Известен вакуумный выключатель тока [Патент РФ №2230386, МПК 7 H01H 33/664, опубл. 10.06.2004], содержащий дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами с торцевыми контактами, закрепленными на корпусе камеры, и магнитную систему, состоящую из двух источников магнитного поля, расположенных снаружи камеры, и формирующую между контактами поперечное оси вакуумной камеры магнитное поле. Магнитная система выполнена формирующей радиальное поле, причем источники магнитного поля расположены по оси электродов, при этом контакты имеют кольцевую форму, а источники магнитного поля выполнены в виде постоянных магнитов.
Недостатком этого вакуумного выключателя является то, что радиальное магнитное поле в межконтактном промежутке имеет малую напряженность за счет того, что формируется только одним полюсом каждого магнита, которые находятся вблизи от межконтактного промежутка. Вторые полюса магнитов находятся на значительном расстоянии от межконтактного промежутка и слабо влияют на формирование радиального магнитного поля, при этом основная часть магнитного поля рассеивается вне межконтактного промежутка и даже вне вакуумной камеры выключателя (с наружной стороны магнитов). Источники магнитного поля (постоянные магниты) расположены с внешней стороны вакуумной камеры и значительно увеличивают габаритные размеры вакуумного выключателя тока.
Наиболее близким, принятым за прототип, является вакуумный выключатель тока [патент РФ №2400855, МПК Н01Н 33/664 (2006.01), опубл. 27.09.2010], содержащий дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами, снабженными кольцевыми контактами, электроды прикреплены к корпусу камеры, причем подвижный электрод прикреплен при помощи токовода и гофры, а соосно кольцевым контактам со стороны неподвижного электрода расположена магнитная система, содержащая постоянный магнит и формирующая между контактами поперечно-радиальное оси поле. В неподвижном кольцевом контакте со стороны его крепления к электроду выполнены радиальные равномерно расположенные по окружности пазы, в которых расположены П-образные постоянные магниты, изолированные от неподвижного электрода и неподвижного кольцевого контакта, причем контактирующая поверхность кольцевых контактов по оси электродов расположена на уровне плоскости полюсов магнитов.
Недостатком данного вакуумного выключателя является низкая напряженность магнитного поля в межконтактном промежутке.
Задачей изобретения является увеличение концентрации магнитного поля в межконтактном промежутке, уменьшение электроэрозионного износа контактов и улучшение коммутирующих характеристик вакуумного выключателя.
Поставленная задача решена за счет того, что вакуумный выключатель тока содержит, также как в прототипе, дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами с кольцевыми контактами. Электроды прикреплены к корпусу камеры, причем подвижный электрод прикреплен при помощи токоввода и металлической гофры. В неподвижном кольцевом контакте со стороны его крепления к электроду выполнены радиальные равномерно расположенные по окружности пазы, в которых расположены П-образные постоянные магниты, изолированные от неподвижного электрода и неподвижного кольцевого контакта.
Согласно изобретению в подвижном кольцевом контакте со стороны его крепления к электроду выполнены одинаковые радиальные равномерно расположенные по окружности пазы, в которые вставлены дополнительно введенные П-образные постоянные магниты, расположенные симметрично магнитам, находящимся в неподвижном кольцевом контакте относительно контактирующей поверхности соединения контактов. Причем полярность полюсов магнитов, расположенных па подвижном и неподвижном кольцевых контактах и соединенных во включенном состоянии выключателя, одинакова.
В предлагаемом вакуумном выключателе тока за счет того, что постоянные магниты имеют П-образную форму и равномерно расположены по окружности подвижного кольцевого контакта, концентрация магнитного поля между кольцевыми контактами увеличивается. Растет электродинамическое воздействие на электрическую дугу, что увеличивает скорость движения ее между кольцевыми контактами, а следовательно, уменьшается электроэрозионный износ контактов и улучшаются коммутационные характеристики: продлевается срок службы выключателя и уменьшается время прерывания дуги.
На фиг.1 схематично изображен вакуумный выключатель тока и магнитная система, расположенная на подвижном и неподвижном электродах, где А-А вид в разрезе сверху, В-В вид в разрезе снизу.
Вакуумный выключатель тока содержит корпус 1, разделенный высоковольтным изолятором 2, образуя при этом дугогасительную камеру с аксиальными подвижным 3 и неподвижным 4 электродами. Электроды 3 и 4 могут быть изготовлены из высокопроводящего материала, например меди. С одной стороны подвижный электрод 3 прикреплен к корпусу при помощи токовода 5 и металлической гофры 6, которая отделяет вакуумную среду камеры от окружающей среды. Электроды 3 и 4 снабжены кольцевыми контактами 7 и 8. Кольцевые контакты могут быть выполнены из немагнитного материала, например из молибдена. В кольцевом контакте 7 выполнены однотипные и одинаковые симметричные относительно плоскости соединения контактов пазам в неподвижном кольцевом контакте радиальные равномерно расположенные по окружности пазы, в которые вставлены постоянные магниты 9 П-образной формы, образуя магнитную систему. Постоянные магниты могут быть изготовлены на основе самарий-кобальта. Количество постоянных магнитов зависит от диаметра кольцевого контакта 7 и ширины постоянного магнита 9. Контактирующая поверхность кольцевых контактов 7, 8 по оси электродов 3, 4 находится на уровне плоскости полюсов магнитов 9. Разделительные изоляторы 10 размещены между электродами 3 и 4 и постоянными магнитами 9, а также между кольцевым контактом 7, 8 и постоянными магнитами 9.
Вакуумный выключатель тока работает следующим образом.
При замкнутых кольцевых контактах 7, 8 через электроды 3, 4 протекает электрический ток от токовода 5. Магнитная система формирует в плоскости соединения подвижного 7 и неподвижного 8 кольцевых контактов радиальное относительно оси кольцевых контактов магнитное поле. При размыкании кольцевых контактов 7, 8 между ними загорается электрическая дуга, при этом гофра 6 сжимается и обеспечивается герметичность дугогасительной камеры. Механические усилия на дугу, возникающие при взаимодействии электрического тока дуги и поперечного магнитного поля, перемещают ее по контактирующей поверхности кольцевых контактов 7 и 8. Под действием центробежной силы дуга перемещается по радиусу и выталкивается из межконтактного промежутка. Таким образом, дуга локально не перегревает контактирующую поверхность кольцевых контактов 7, 8, что обеспечивает их равномерный и минимальный износ. Двигаясь, дуга быстро остывает и гаснет.
Вакуумный выключатель тока, содержащий дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами, снабженными кольцевыми контактами, электроды прикреплены к корпусу камеры, причем подвижный электрод прикреплен при помощи токоввода и металлической гофры, в неподвижном кольцевом контакте со стороны его крепления к электроду выполнены радиальные равномерно расположенные по окружности пазы, в которых находятся П-образные постоянные магниты, изолированные от неподвижного электрода и неподвижного кольцевого контакта, отличающийся тем, что в подвижном кольцевом контакте со стороны его крепления к электроду также выполнены одинаковые радиальные равномерно расположенные по окружности пазы, в которые вставлены дополнительно введенные изолированные от подвижного электрода и подвижного кольцевого контакта П-образные постоянные магниты, расположенные симметрично магнитам, находящимся в неподвижном кольцевом контакте, относительно контактирующей поверхности соединения контактов, причем полярность полюсов магнитов, расположенных на подвижном и неподвижном кольцевых контактах и соединенных во включенном состоянии выключателя, одинакова.
