SU970645A1 - Контактное устройство дл низковольтных вакуумных контакторов - Google Patents

Description

Изобретение относится к контактным устройствам для низковольтных вакуумных контакторов с диапазоном нойи- нального тока 630 А, отличающихся очень высокой износостойкостью контактных элементов и применяется главным образом для переключения двигателей и похожих на них потребителей.

В отличие от вакуумного силового выключателя, обладающего на несколько порядков меньшей электрической и механической износостойкостью, но зато обеспечивающего управление токами, значение которых выше на несколько порядков, г. е. токами коротких замыканий, основное преимущество низко-’ вольтного вакуумного контактора состоит в достижении очень высокой износостойкости контактных’ элементов . без необходимости особого ухода за ними или же их замены.

Такая высокая износостойкость контактных элементов в низковольтных вакуумных контакторах достигается за счет использования особенно благоприЧ ятных в этом отношении специфических свойств электрической дуги в вакууме типа А, связанной с существованием параллельных опорных точек на катоде без выраженной опорной точки на аноде и без сужения насадки анода. Тем самым обеспечивается очень слабое обгорание материала катода и экономия материала анода, что существенно влияет на Износостойкость контактных элементов. Область существования электрической дуги в вакууме типа А при этом зависит не только от величины тока, но и от выбора подходящего материала контактных элементов, использования максимально возможного давления внутри камеры и выбора размеров контактных элементов.

Как известно обгорание катода или же в параллельных опорных точках на катоде специфической для вакуума электрической дуги типа А уменьшается пр мере увеличения давления (OOPS 108 407). Поэтому с точки зрения Повышенной износостойкости целесо · 970645 4 образно повысить* давление в зазоре между контактами во время горения электрической дуги. Однако для этой цели не подходят известные, в низковольтных вакуумных контакторах уст- 5 ройства с дисковыми контактами.

Важно полностью предотвратить выход испаряющегося материала контактов из зазора между контактами, или же уменьшить его до безопасного уров-io ня, чтобы можно было вернуть большую часть испаряющегося материала контактов для дальнейших коммутаций и предохранить изолирующий промежуток вакуумного контактора от осаждения 15

в.нем испаряющегося металла. Подробные исследования показывают, что около 50% материала контактов,, испаряющегося из зазора между контактами на катоде, выходит из зазора между кон- 20 тактами известных устройств с дисковыми контактами и, осаждаясь на экране или же других внутренних поверхностях распределительных камер, теряется для дальнейших коммутационных операций 25 или же, занимая изолирующий промежуток, перекрывает его.

В высоковольтных вакуумных силовых выключателях уже применяются контактные устройства, конструкция которых отличается от обычных дискообразных контактых элементов. Такие контактные элементы, однако, по своему специфическому назначению могут быть использованы в камерах для ^J5 переключения токов короткого замыкания (ток ?5 кА, дуга типа Б), в которых больше не существует специфическая для вакуума электрическая ду.га типа А. Устанавливающаяся в таком случае похожая на дугу при высоком давлении электрическая дуга в вакууме типа Б с выраженными отдельными опорными точками на анодах и катодах требует применения другой конструкции и ⁴⁵ других размеров контактного устройства. При таких токах и такой форме дуги обязательно должна быть предотвращена задержка выраженных опорных то50 чек на анодах и катодах или же выра- . женного тела дуги, т. е. должно быть достигнуто быстрое передвижение этой дуги, ее удаление от места самого контакта, с тем, чтобы сохранить разрывную способность и предотвратить ⁵⁵ слишком большое обгорание материала, которое в свою очередь, способно вызвать повторное зажигание дуги и, тем самым образование слишком большой плотности испарения металла.

Этому требованию соответствуют известные контактные устройства например по DE-PS1 195 026 и SD-PS 19 659),. у которых электрическая дуга с помощью магнитного поля вытесняется с места ее возникновения или контактирующего участка из конически расширяющегося цилиндра в закрытый цилиндр, причем достигается ее принудительное вращение.

Такую же цель преследует и известное по VS-PS3 356 818 решение, при котором дуга двигается с мес^та контакта не описанных более подробно средств и устанавливается между стенками двух заходящих друг в друга контактных элементов, начинающихся в виде цилиндра и кончающихся в виде конуса. Это действительно и для контактного устройства описанного в DD-PS 96 801, которое может быть использовано для отключения очень больших токов, причем с помощью различных мер также обеспечивается установление выраженной дуги типа Б между станками двух заходящих друг в друга коаксиальных цилиндрических контактных элементов.

Это устройство может быть еще более усовершенствовано известными пс DD-PS 117 190 мерами, с помощью которых дуга вытесняется из так называемой области номинального тока, которую образует днище контактного цилинд ра в области обгорания, расположенные между стенками цилиндра.

Помимо того, в DD-PS 128 192 для улучшения и повышения статической электрической прочности предлагается выполнить и расширить обычное устройство экрана таким образом, чтобы все промежутки между частями, с различным/ потенциалом были одинаковыми или же равнялись раствору контактов. Далее предлагается выполнить экран так, чтобы он повторял контуры внешней оболоч ки или же неподвижных контактов так, чтобы беспрепятственно выходящий из зазора между контактами испаряющийся металл не мог попадать з изолирующий промежуток. С помощью предлагаемого устройства не может быть, достигнуто уменьшение обгорания материала и тем самым уменьшение с самого начала выхода испаряющегося металла из зазора между контактами. Экран такого вида открыт с обеих сторон и не позво

970645 6 ляет повышать решающим образом давление в зазоре между контактами так, , как это требуется для уменьшения обгорания материала.

Указанные устройства предусмотре- $ ны для переключения очень больших токов коротких замыканий, причем в них дуга вытесняется различнымигсредствами из зазора между контактами, испаряющийся материал контактов может ю распространяться в недопустимой мере для большего числа переключений, а сами эти устройства слишком осложняют конструкцию низковольтных вакуумных контакторов, рассчитанных на пре-15 дусмотренный диапазон тока, и не обеспечивает желаемое повышение износостойкости контактных элементов, или же только создают предпосылки для достижения гораздо более высокой элек'20 трической прочности и обеспечения направления испаряющегося металла, с таким расчетом, чтобы Он не мог попадать в изолирующий промежуток.

Цель изобретения - повышение изно- 25 состойкости контактных элементов, Представляющей собой решающий фактор Для срока службы упомянутых выше вакуумных контакторов и создание такой конструкции контактных элементов, 3θ чтобы выход испаряющегося металла из зазора между контактами мог быть ограничен до минимума, а испаряющийся материал контактов снова осаждался бы на контактных элементах.

Поставленная цель достигается тем, что оба контактных элемента выполнены в гиде двух заходящих друг в друга цилиндров. Торцовые стороны этих цилиндров состоят из самого контакт- ₄₀ ного материала, а стенки - из материала, создающего для дуги специфической для вакуума по сравнению с материалом самих контактов более неблагоприятные условия существования, т. e._4J более высокое напряжение электрической дуги. Контактные элементы при этом выполнены в виде двух заходящих друг в друга цилиндров, причем во внутренней полости вакуумной распределительной камеры образуется узкое круглое кольцевое отверстие.

Верхний край внутреннего контакт;· ного элемента выгнут над краем наружного контактного элемента, а цилиндрическая стенка наружного контактного элемента имеет в пределах зазора между контактами углубление для приема осаждающего материала.

В другом варианте внутренний контактный элемент выполнен в виде диска, а цилиндрическая стенка охватывает этот дисковый контакт. Кроме того, представляется целесообразным изготавливать цилиндрические стенки контактных элементов из материала, создающего благоприятные условия дли эсаждения испаряющегося материала контактов.

На фиг. 1 изображено контактное устройство, разрез; на фиг. 2 - изгиб стенки внутреннего контактного элемента; на фиг. 3 и 4 - исполнение стенки наружного контактного элемента.

К расположенным в вакуумном корпусе электродам 1 и 2 прикреплены неподвижный контактный элемент 3 и подвижный контактный элемент 4.

Контактные элементы 3 и 4 при этом имеют цилиндрическую конструкцию, и их стенки 5 и б заходят друг в друга. Торцовые стороны контактных элементов 3 и 4 состоят из самого контактного * материала, например Си или Мо Си, а стенки 5 и 6 - из более дешевого и создающего более неблагоприятные условия для существования электрической дуги материала, например Fe - Ni. Кроме того, представляется целесооб-’ разным использовать для стенок 5 и 6 материал, обеспечивающий хорошую конденсацию испаряющегося материала контактов. Цилиндрические стенки 5 и 6 прикреплены простейшим образом путем горячей запрессовки к дискообразным торцовым сторонам контактных элементов на очень малом расстоянии 7 друг от друга, которое равно зазору между контактами или меньше его и предпочтительно составляет от 1 до 3 мм.

Дальнейшее уменьшение выхода материала из зазора между контактами 8 достигается, если верхний край внутреннего контактного элемента 6 изогнут наружу над стенкой внешнего контактного элемента 5 (фиг. 2), или же, если стенка 5 внешнего контактного элемента 3 имеет выемки 9 в пределах зазора между контактами 8 (фиг. 3)· Нижний контактный элемент 4 может быть выполнен и в виде диска, а цилиндрическая стенка может охватывать дисковый контакт 3, образуя при этом зазор 10. Стенка 5 при этом прикреплена к электроду 2 (фиг. 4').

Параллельные опорные точки на ка- . тодах и частичные дуги остаются в узком зазоре между контактами 8, а благодаря соответственно большему давлению в зазоре между контактами во время разряда возникает меньшее обгорание, гораздо меньшая часть испаряющегося материала контактов выходит из зазора между контактами 8, осаждается на соответствующем ано-ю дё (контактные элементы 3 и 4) и тем самым может быть вновь использована. из-за большей поверхности конденсации испаряющийся; материал .контактов в общем быстрее осаждается,тем самым улуч4$ шёется повторное упрощение коммутационного промежутка.

Таким образом, с небольшими затратами может быть достигнута повышенная износостойкость контактных элементов и тем самым увеличен срок службы вакуумного контактора.

Claims (1)

1. 3 970 образно повысить давление в зазоре между контактами во врем  горени  электрической дуги. Однако дл  этой цели не подход т известные, в низковольтных вакуумных контакторах устройства с дисковыми контактами. Важно полностью предотвратить выход испар ющегос  материала контактов из зазора между контактами, или же уменьшить его до безопасного уровн , чтобы можно было вернуть большую часть испар ющегос  материала контактов дл  дальнейших коммутаций и предохранить изолирующий промежуток вакуумного контактора от осаждени  8.нем испар ющегос  металла. Подробные исследовани  показывают, что около 50 материала контактов,- испар ю .щегос  из зазора между контактами на катоде, выходит из зазора между контактами известных устройств с дисковыми контактами и, осажда сь на экран или же других внутренних поверхност х распределительных камер, тер етс  дл  дальнейших коммутационных операций или же, занима  изолирующий промежуток , перекрывает его. В высоковольтных вакуумных силовых выключател х уже примен ютс  кон тактные устройства, м-онструкц|   кото рых отличаетс  от обычных дискообраз ных контактых элементов. Такие контактные элементы, однако, по сво ему специфическому назначению могут быть использованы в камерах дл  переключени  токов короткого ьамыкани  (ток 5 кА, дуга типа Б), в которых больше не существует специфическа  дл  вакуума электрическа  ду .га типа А. Устанавливающа с  в таком случае похожа  на дугу при высоком давлении электрическа  дуга в вакууме типа Б с выраженными отдельными опорными точками на анодах и катодах требует применени  другой конструкции и других размеров контактного устройс гва . При таких токах и такой форме дуги об зательно должна быть предотвращена задержка выраженных опорных точек на анодах и катодах или же выраженного тела дуги, т. е. должно быть достигнуто быстрое передвижение этой дуги, ее удаление от места самого контакта, с тем, чтобы сохранить разрывную способность и предотвратить слишком большое обгорание материала, которое в свою очередь, способно вызвать повторное зажигание дуги и, тем самым образование слишком большой плотности испарени  металла. Этому требованию соответствуют известные контактные устройства например по DE-PS1 195 026 и SD-PS 19 659),, у которых электрическа  дуга с помощью магнитного пол  вытесн етс  с места ее возникновени  или контактирующего участка из конически расшир ющегос  цилиндра в закрытый цилиндр, причем дqcтигaeтc  ее принудительное вращение. Такую же цель преследует и известное по VS-PS3 35б 818 решение, при котором дуга двигаетс  с контакта не описанных более подробно средств и устанавливаетс  между стенками двух заход щих друг в друга контактных элементов, начинающихс  в виде цилиндра и кончающихс  в виде конуса. Это действительно и дл  контактного устройства описанного в DD-PS 9б 801, которое может быть использовано дл  отключени  очень больших токос, причем с помощью различных мер также обеспечиваетс  усгановление выраженной дуги типа Б между станками двух заход щих друг в друге коаксиальных цилиндрических контайт ных элементов. Это устройство может быть еще более усовершенствовано известными по DD-PS 117 190 мерами, с помощью которых дуга вытесн етс  из так называемой области номинального тока, которую образует днище контактного цилинд ра в области обгорани , расположенные между стенками цилиндра. Помимо того, в DD-PS 128 192 дл  улучшени  и повышени  статической электрической прочности предлагаетс  выполнить и расширить обычное устройство экрана таким образом, чтобы все промежутки между част ми, с различным потенциалом были одинаковыми или же равн лись раствору контактов. Далее предлагаетс  выполнить экран так, чтобы он повтор л контуры внешней оболоч ки или же неподвижных контактов так, чтобы беспреп тственно выход щий из зазора Между контактами испар ющийс  металл не мог попадать з изолирующий промежуток. С помощью предлагаемого устройства не может быть, достигнуто уменьшение обгорани  материала и тем самым уменьшение с самого начала выхода испар ющегос  металла из зазора между контактами. Экран такого вида открыт с обеих сторон и не позво59 л ет повышать решающим образом давление в зазоре между контактами так, как это требуетс  дл  уменьшени  обгорани  материала. Указанные устройства предусмотрены дл  переключени  очень больших токов коротких замыканий, причем в них дуга вытесн етс  различнымигсред ствами из зазора между контактами, испар ющийс  материал контактов може распростран тьс  в недопустимой мере дл  большего числа переключений, а сами эти устройства слишком осложн ют конструкцию низковольтных вакуумных контакторов, рассчитанных на пре дусмотренный диапазон тока, и не обе спечивает желаемое повышение износостойкости контактных элементов, или же только создают предпосылки дл  достижени  гораздо более высокой эле тp 1чecкoй прочности и обеспечени  на правлени  испар ющегос  металла, с таким расчетом, чтобы он не мог попадать 3 изолирующий промежуток. Цель изобретени  - повышение износостойкости контактных элементов. Представл ющей собой решающий фактор Дл  срока службы упом нутых выше вакуумных контакторов и создание такой конструкции контактных элементов чтобы выход испар ющегос  металла .из зазора между контактами мог быть ограничен до минимума, а испар ющийс  материал контактов снова осаждалс  бы на контактных элементах. Поставленна  цель достигаетс  тем что оба контактных элемента выполнены в гиде двух заход щих друг в друга цилиндров. Торцовые стороны этих цилиндров состо т из самого контактного материала, а стенки - из матери ала, создающего дл  дуги специфичес кой дл  вакуума по сравнению с материалом самих контактов более неблаго при тные услови  существовани , т. е более высокое напр жение электрической дуги. Контактные элементы при этом выполнены в виде двух заход щих друг в друга цилиндров, причем во внутренней полости вакуумной распределительной камеры образуетс  узкое круглое кольцевое отверстие. Верхний край внутреннего контактг ного элемента выгнут над краем наруж ного контактного элемента, а цилиндрическа  стенка наружного контактного элемента имеет в пределах зазора между контактами углубление дл  прие ма осаждающего материала. 5 В другом варианте внутренний контактный элемент выполнен в виде диска , а цилиндрическа  стенка охватывает этот дисковый контакт. Кроме того , представл етс  целесообразным изготавливать цилиндрические стенки контактных элементов из материала, создающего благопри тные услови  дль зсаждени  испар ющегос  материала контактов . На .фиг. 1 изображено контактное устройство, разрез; на фиг. 2 - изгиб стенки внутреннего контактного элемента; на фиг. 3 и 4 - исполнение стенки наружного контактного элемента . К расположенным в вакуумном корпусе электродам 1 и 2 прикреплены неподвижный контактный элемент 3 и подвижный контактный элемент Ц. Контактные элементы 3 и 4 при этом имеют цилиндрическую конструкцию, и их стенки 5 и 6 заход т друг в друга. Торцовве стороны контактных элементов 3 и 4 состо т из самого контактного материала, например Си или Мо Си, а стенки 5 и 6 - из более дешевого и создающего более неблагопри тные услови  дл  существовани  электрической дуги материала, например Fe - Ni. Кроме того, представл етс  целесообразным использовать дл  стенок 5 и 6 материал, обеспечивающий хорошую конденсацию испар ющегос  материала контактов. Цилиндрические стенки 5 и 6 прикреплены простейшим образом путем гор чей запрессовки к дискообразным торцовым сторонам контактных элементов на очень малом рассто нии 7 друг от друга, которое равно зазору между контактами или меньше его и предпочтительно составл ет от 1 до 3 мм. Дальнейшее уменьшение выхода материала из зазора между контактами 8 достигаетс , если верхний край внутреннего контактного элемента 6 изогнут наружу над стенкой внешнего контактного элемента 5 (фиг. 2), или же, если стенка 5 внешнего контактного элемента 3 имеет выемки 9 в пределах зазора между контактами 8 (фиг. 3). Нижний контактный элемент k может быть выполнен и в виде диска, а цилиндрическа  стенка может охватывать дисковый контакт 3, образу  при этом зазор 10. Стенка 5 при этом прикреплена к электроду 2 (фиг. t). Параллельные опорные точки на катодах и частичные дуги остаютс  в узком зазоре между контактами 8, а благодар  соответственно большему давлению в зазоре между контактами 8 во врем  разр да возникает меньшее обгорание, гораздо меньша  часть испар ющегос  материала контактов выходит из зазора между контактами 8, осаждаетс  на соо ветствую1дем ано де (контактные элементы 3 и ) и тем самым может быть вновь использована из-за большей поверхности конденсаци испар ющийс  материал,контактов в об щем быстрее осаждаетс ,тем самым yлy шёетс  повторное упрощение коммутационного промежутка. Таким образом, с небольшими затра тами может быть достигнута повышенна износостойкость контактных элементов и тем самым увеличен срок службы вакуумного контактора. Формула изобретени  1. Контактное устройство дл  низковольтных вакуумных контакторов с диапазоном номинального тока приблизительно до 630 А, отличающ е е с   тем, что один из оЗьих контактных э/земёнтов 3; или оба этих контактных элемента имеют извес ную цилиндрическую конструкцию, причем эти контактные элементы заход т друг на друга, или же внутренний кон тактный элемент выполнен в виде диска , а цилиндрическа  стенка ох атывает этот дисковый контакт, и тем, что торцовые стороны цилиндров состо т из самого контактного материала, а стенки 5 6 из. материала, создающего по сравнению с материалом самих контактов худшие услови  дл  поддержани  электрической дуги, напри-к мер повышенное напр жение дуги, а так же тем, что рассто ние 7 между обеими цилиндрическими стенками контактных элементов равно максимальному зазору между контактами или меньше его, 2,Устройство по п, 1, отличающеес  тем, что верхний край внутреннего контактного элемента изогнут наружу,. 3,Устройство по п, 1, , о т л и чающеес  тем, что цилиндрическа  стенка 5 внешнего контактного элемента в пределах зазора между контактами 8 имеет выемку 9, 4,Устройство по п, 1, отличающеес  тем, что цилиндрические стенки контактных элементов состо т из материала, обеспечивающего лучшие услови  дл  конденсации испар ющегос  материала. Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомством по изобретательству Германской Демократической Республики,

   J

   7

   --7

   3 1

   Риг.З

   Фи,г.ч