Контактная система вакуумного выключателя
Владельцы патента RU 2556881:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет (RU)
Изобретение касается контактной системы вакуумного выключателя, в межконтактном объеме которой используют жидкометаллическое рабочее тело. В геометрических центрах подвижного и неподвижного контактов выполнены глухие цилиндрические отверстия, а в отверстие подвижного контакта и на его контактирующую поверхность помещено жидкометаллическое рабочее тело. При включении выключателя подвижный контакт приходит в движение и жидкометаллическое рабочее тело приобретает кинетическую энергию и при соприкосновении контактов перемещается в глухое цилиндрическое отверстие неподвижного контакта, а затем под действием силы тяжести перемещается обратно в глухое цилиндрическое отверстие подвижного контакта. Технический результат - снижение перенапряжений при коммутациях и тока среза, а также повышение пробивного напряжения в отключенном положении выключателя, что повышает надежность срабатывания и снижает потери электроэнергии при протекании тока нагрузки. 1 ил.
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для коммутации мощных генераторов, конденсаторных батарей, шунтирующих реакторов и электродвигателей нефтепромысловых скважин как в режиме переключений, так и в аварийных режимах.
Известна контактная система вакуумных выключателей, имеющая изоляционную камеру, изоляторы, металлический сильфон и вакуумную камеру, где вакуум служит дугогасящей средой (Евдокунин Г.А., Тилер Г. «Современная вакуумная коммутационная техника для сетей среднего напряжения», Санкт-Петербург, 2002 г. - 148 с.).
Недостатком контактных систем вакуумных выключателей является возникновение коммутационных перенапряжений, которые могут достигать 6-7-кратного фазного напряжения, что значительно больше, чем при других видах внутренних перенапряжений. Перенапряжения представляют серьезную опасность для сетей среднего напряжения. Перенапряжения возникают вследствие высоких значений токов среза, скорости изменения тока при отключении и дребезга контактов при включении. В процессе эксплуатации вакуумного выключателя имеет место эрозия контактных поверхностей. При этом увеличивается сопротивление контактов, что приводит к дополнительным потерям электроэнергии.
Известна контактная система, в межконтактном объеме которой используется жидкометаллическое рабочее тело для снижения сопротивления контактного перехода («Сильноточные коммутационные аппараты с жидкометаллическими контактами», Москва, Информэлектро, 1982 г., с. 42-43).
Недостаток таких аппаратов заключается в том, что изоляционные герметизирующие материалы конструкции при эксплуатации омываются жидкометаллическим рабочим телом, при этом резко снижается пробивное напряжение в отключенном положении аппарата и при отключении выключателя токи среза достигают высокого значения. Эти обстоятельства накладывают ограничение на уровень коммутационного напряжения до класса «низковольтное оборудование».
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение перенапряжений при коммутациях, уменьшение тока среза, скорости изменения тока при отключении, увеличение пробивного напряжения, что увеличивает надежность срабатывания, и снижение потерь электроэнергии при протекании тока нагрузки.
Технический результат досчитается тем, что в контактной системе вакуумного выключателя, в межконтактном объеме которой используют жидкометаллическое рабочее тело, а в геометрических центрах подвижного и неподвижного контактов выполнены глухие цилиндрические отверстия. В отверстие подвижного контакта и на контактирующую поверхность его помещено жидкометаллическое рабочее тело, причем 95% его находится в отверстии и 5% на поверхности. При включении выключателя подвижный контакт приходит в движение, и жидкометаллическое рабочее тело приобретает кинетическую энергию, которая позволяет ему при соприкосновении неподвижного контакта и подвижного контакта переместиться в глухое цилиндрическое отверстие неподвижного контакта, а во включенном положении выключателя жидкометаллическое рабочее тело под действием силы тяжести перемещается обратно в глухое цилиндрическое отверстие подвижного контакта.
Контактная система вакуумного выключателя изображена на фиг.1, где 1 - неподвижный контакт, 2 - глухое цилиндрическое отверстие, 3 - подвижный контакт, 4 - отражатель, 5 - глухое цилиндрическое отверстие, 6 - жидкометаллическое рабочее тело.
Устройство работает следующим образом: в исходном положении неподвижный контакт 1 и подвижный контакт 3 разомкнуты, жидкометаллическое рабочее тело 6 в состоянии покоя полностью заполняет глухое цилиндрическое отверстие 5, а также покрывает тонким слоем дно подвижного контакта 3. В глухом цилиндрическом отверстии 5 находится 95% жидкометаллического рабочего тела, а слой жидкометаллического рабочего тела на поверхности дна подвижного контакта 3 составляет 5%. При включении выключателя подвижный контакт 3 приходит в движение, и жидкометаллическое рабочее тело 6 приобретает кинетическую энергию, которая позволяет ему при соприкосновении неподвижного контакта 1 и подвижного контакта 3 переместиться в глухое цилиндрическое отверстие 2. Отражатель 4 служит для предотвращения разбрызгивания жидкометаллического рабочего тела 6 при включении.
Во включенном положении выключателя жидкометаллическое рабочее тело 6 под действием силы тяжести перемещается обратно в глухое цилиндрическое отверстие 5. Таким образом, в каждом цикле «включение - отключение» пленка жидкометаллического рабочего тела на поверхности контактов обновляется.
За счет жидкометаллического рабочего тела 6 увеличивается площадь соприкосновения неподвижного контакта 1 и подвижного контакта 3 выключателя, что снижает электрическое сопротивление контактного перехода и приводит к снижению потерь электроэнергии.
При отключении выключателя размыкание неподвижного контакта 1 и подвижного контакта 3 происходит при наличии жидкометаллической пленки на контактных поверхностях. При размыкании контактов загорается дуга, которая своим сопротивлением ограничивает величину отключаемого тока. Это приводит к уменьшению тока среза выключателя и снижению уровня перенапряжений. Так как дуга горит на жидкометаллической пленке, которой покрыты твердометаллические контакты, то это приводит лишь к частичному испарению этой пленки и позволяет избежать эрозии поверхности твердометаллических контактов. Испарившиеся участки жидкометаллической пленки будут обновлены при очередном включении.
Контактная система вакуумного выключателя, в межконтактном объеме которой используют жидкометаллическое рабочее тело, отличающаяся тем, что в геометрических центрах подвижного и неподвижного контактов выполнены глухие цилиндрические отверстия, а в отверстие подвижного контакта и на его контактирующую поверхность помещено жидкометаллическое рабочее тело, причем 95% его находится в отверстии и 5% на поверхности, при включении выключателя подвижный контакт приходит в движение, и жидкометаллическое рабочее тело приобретает кинетическую энергию, которая позволяет ему при соприкосновении неподвижного контакта и подвижного контакта переместиться в глухое цилиндрическое отверстие неподвижного контакта, а во включенном положении выключателя жидкометаллическое рабочее тело под действием силы тяжести перемещается обратно в глухое цилиндрическое отверстие подвижного контакта.
