RU2016437C1

RU2016437C1 - Vacuum switch

Info

Publication number: RU2016437C1
Authority: RU
Inventors: Виталий Сергеевич Максимов
Original assignee: Виталий Сергеевич Максимов
Priority date: 1991-04-01
Filing date: 1991-04-01
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: vacuum switch has vacuum chamber, contact chamber, electromagnetic drive, immobile input contact with chamber shut with membrane and filled with molten metal which contacts mobile contact pressed with spring. Mobile contact breaks circuit by release with the aid of coil of electromagnetic drive. Rod is registered by catch for time of break. Contact chamber is filled with molten metal contacting rod of mobile contact and immobile mains contact. Valve to keep vacuum is built into vacuum chamber. Contact chamber is fitted with expansion chamber with membrane to release pressure. EFFECT: enhanced efficiency, simplified design. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим коммутационным аппаратам, в частности, к вакуумным автоматическим выключателям. The invention relates to electrical switching devices, in particular, to vacuum circuit breakers.

Известна конструкция вакуумного выключателя, содержащего корпус из дугостойкого диэлектрика, в который встроены неподвижный контакт с входным электродом и подвижный контакт с токопроводящим стержнем, движение которого осуществляется с помощью сильфона, а контакт с сетевым электродом осуществляется с помощью тороидальной пружины из материала с высокой электропроводностью, прикрепленной одним концом к подвижному контакту, а вторым концом - к сетевому электроду. Подвижный контакт отжимается с помощью тороидальной катушки. A known design of a vacuum circuit breaker comprising an enclosure made of an arc-resistant dielectric, which has fixed contact with the input electrode and movable contact with the conductive rod, which is moved by means of a bellows, and the contact with the network electrode is carried out using a toroidal spring of material with high electrical conductivity, attached one end to the movable contact, and the other end to the network electrode. The movable contact is squeezed out using a toroidal coil.

Однако неразборность выключателя осложняет его обслуживание. Снижается надежность из-за невозможности возобновления вакуума, а также ресурс выключателя. Электрическая связь подвижного и сетевого контактов увеличивает потери в выключателе. Прижимной сильфон трудоемок в изготовлении и не позволяет обеспечить высоких и стабильных прижимных усилий. Тороидальная катушка при значительных временных паузах в разомкнутом состоянии потребляет значительное количество электроэнергии. However, the inseparability of the switch complicates its maintenance. Reliability is reduced due to the impossibility of renewing the vacuum, as well as the resource of the switch. The electrical connection of the mobile and network contacts increases the loss in the circuit breaker. The pressure bellows is laborious to manufacture and does not provide high and stable clamping forces. A toroidal coil with significant temporary pauses in the open state consumes a significant amount of electricity.

Целью изобретения являются повышение надежности выключателя путем увеличения площади контакта неподвижного и подвижного контактов в замкнутом положении за счет выполнения контактной поверхности неподвижного контакта в виде упругой мембраны, контактирующей через жидкий металл с камерой неподвижного контакта, выполненной по форме подвижного контакта; повышение надежности выключателя за счет снижения электрического контактного сопротивления и потерь в контакте между подвижным и сетевым контактами, путем выполнения подвижного контакта с развитой поверхностью соприкосновения с жидким металлом, заполняющим контактную камеру; выполнение контактной камеры с встроенной мембраной для повышения надежности, которая рассчитана на определенное давление паров жидкого металла, который при ее прорыве вытекает в герметичную расширительную камеру, закрепленную за мембраной. The aim of the invention is to increase the reliability of the circuit breaker by increasing the contact area of the fixed and movable contacts in the closed position by making the contact surface of the fixed contact in the form of an elastic membrane in contact with the fixed contact chamber through molten metal in the form of a movable contact; increasing the reliability of the circuit breaker by reducing the electrical contact resistance and losses in contact between the movable and network contacts, by making movable contact with the developed contact surface with liquid metal filling the contact chamber; the implementation of the contact chamber with a built-in membrane to increase reliability, which is designed for a certain vapor pressure of liquid metal, which when it breaks out flows into a sealed expansion chamber attached to the membrane.

Сущностью изобретения является следующее. The invention is as follows.

Выполнение неподвижного входного контакта в виде упругой мембраны, закрепленной герметично над камерой с жидким металлом, расположенной на контактной поверхности неподвижного контакта и заполненной через герметичный клапан и аксиальный канал жидким металлом, причем форма камеры повторяет форму контактной поверхности подвижного контакта. Контактная камера выполнена заполненной жидким металлом, который соприкасается с развитой поверхностью штока подвижного контакта и с сетевым неподвижным контактом. Контактная камера оснащена расширительной герметичной камерой с предвключенной тарированной на критическое давление паров жидкого металла мембраной. The implementation of the fixed input contact in the form of an elastic membrane mounted hermetically above the chamber with liquid metal, located on the contact surface of the fixed contact and filled through the sealed valve and axial channel with liquid metal, the shape of the chamber repeating the shape of the contact surface of the movable contact. The contact chamber is made filled with liquid metal, which is in contact with the developed surface of the rod of the movable contact and with the stationary network contact. The contact chamber is equipped with an expansion hermetic chamber with an upstream membrane calibrated for critical vapor pressure of liquid metal.

На фиг.1 изображен продольный разрез вакуумного выключателя; на фиг.2 - частичный разрез герметичного клапана; на фиг.3 - половина поперечного сечения штока подвижного контакта. Figure 1 shows a longitudinal section of a vacuum circuit breaker; figure 2 is a partial section of a sealed valve; figure 3 - half of the cross section of the rod of the movable contact.

На фиг. 1 изображен вакуумный выключатель 1 в разрезе, содержащий вакуумную камеру 2, контактную камеру 3 и электромагнитный привод 4. В вакуумную камеру 2 встроены неподвижный контакт 5, покрытый диэлектриком 6 и имеющий гидравлический канал 7 с запорным клапаном 8 и камеру 9, закрытую герметично мембраной 10 с помощью гайки 11. Неподвижный контакт 5 уплотнен упругой втулкой 12 и гайкой 13, навинченной на крышку 14, а также уплотнительными кольцами 15, уложенными в канавки в дугостокой облицовке 16. Корпус 17 камеры 2 по внутренней поверхности облицован дугостойким диэлектриком 16, к нему прикреплена монтажная пластина 18 и встроен клапан 19, а также закреплен немагнитный корпус 20 электромагнитного привода 4, облицованный дугостойким диэлектриком 16, на котором закреплен экран 21 из дугостойкого диэлектрика в виде цилиндра. В отверстие 22 корпуса привода 20 встроен шток 23 подвижного контакта 24, на котором закреплена его головка 25, прижимаемая к неподвижному контакту 5 пружиной 26. На корпусе 20 закреплена катушка 27 электромагнитного привода 4 с диэлектрическим каркасом 28 и выводами 29 и 30, закрепленными на панели 31. Шток 23 состоит из центрального высокоэлектропроводящего стержня 32 и ферромагнитной оболочки 33, имеющей впадину 34. Шток 23 выполнен с контактным элементом 35 с развитой поверхностью за счет ребер 36 и отверстия 37 (см.фиг.3), а также диска 38. Корпус 39 контактной камеры 3 закреплен на корпусе 20 и уплотнен элементами 40 и облицован диэлектриком 41 по внутренней поверхности. К нижней крышке 42 прикреплен сетевой неподвижный контакт 43, который герметизирован упругой втулкой 44 и гайкой 45 и изолирован диэлектриком 46. В корпус 39 встроена расширительная камера 47, отделенная контактной камеры 3, заполненной жидким металлом 48, мембраной 49, не рассчитанной на критическое давление паров, причем расширительная камера 47 имеет смотровое стекло 50, встроенное в ее корпус 51. В нижней крышке 42 встроен спускной герметичный клапан 52. В камере 3 закреплена защелка 59 с пружиной 60 и колодкой 61 и штоком 62. На фиг.3 представлен продольный разрез клапанов 8,19 и 52, состоящих из корпуса 53 штока 54, прижимаемого пружиной 55 к герметизирующим прокладкам 56 и 57, размещенным в навинчиваемой крышке 58. In FIG. 1 shows a sectional view of a vacuum circuit breaker 1 comprising a vacuum chamber 2, a contact chamber 3 and an electromagnetic actuator 4. A fixed contact 5, coated with a dielectric 6 and having a hydraulic channel 7 with a shut-off valve 8 and a chamber 9 closed by a hermetic membrane 10, is built into the vacuum chamber 2 using nut 11. The fixed contact 5 is sealed with an elastic sleeve 12 and a nut 13 screwed onto the cover 14, as well as O-rings 15, laid in grooves in the arc-lining 16. The housing 17 of the chamber 2 is lined with an arc on the inner surface a dielectric 16, a mounting plate 18 is attached to it and a valve 19 is built-in, and a non-magnetic housing 20 of the electromagnetic actuator 4 is fastened, lined with an arc-resistant dielectric 16, on which a screen 21 of an arc-resistant dielectric in the form of a cylinder is fixed. In the hole 22 of the drive housing 20, a rod 23 of the movable contact 24 is mounted on which its head 25 is fixed, pressed against the fixed contact 5 by a spring 26. A coil 27 of the electromagnetic drive 4 with a dielectric frame 28 and pins 29 and 30 mounted on the panel is fixed to the housing 20 31. The rod 23 consists of a central highly conductive rod 32 and a ferromagnetic shell 33 having a cavity 34. The rod 23 is made with a contact element 35 with a developed surface due to the ribs 36 and the holes 37 (see figure 3), as well as the disk 38. Case 39 pin amers 3 is fixed to the housing 20 and sealed members 40 and 41 lined with an insulator on the inner surface. A fixed fixed contact 43 is attached to the bottom cover 42, which is sealed by an elastic sleeve 44 and a nut 45 and insulated by a dielectric 46. An expansion chamber 47 is separated into the housing 39 and is separated by a contact chamber 3 filled with liquid metal 48 and a membrane 49 not designed for critical vapor pressure moreover, the expansion chamber 47 has a sight glass 50 integrated in its housing 51. A sealed drain valve 52 is integrated in the bottom cover 42. A latch 59 with a spring 60 and a block 61 and a stem 62 is fixed in the chamber 3. FIG. 3 is a longitudinal view. 8.19 and section valves 52, consisting of a housing 53 the stem 54 pressed against the spring 55 to the sealing strips 56 and 57, placed in screw-cap 58.

Вакуумный выключатель работает следующим образом. The vacuum switch operates as follows.

Подвижный контакт 24 в замкнутом состоянии прижат пружиной 26 к мембране 10 так, что она прогибается и принимает форму головки 25, а контакт осуществляется через камеру 9, заполненную жидким металлом 48. Электрический ток входит через неподвижный контакт 5 проходит через камеру 9 с жидким металлом 48 и мембрану 10 в головку 25 подвижного контакта 24 и его стержень 32 и через ребра 36 и отверстие 37 и диск 38 переходит в жидкий металл 48 камеры 3, а через него в сетевой контакт 43. Описанная электрическая цепь имеет малое переходное сопротивление, что обусловливает низкие потери и нагревы. При подаче потенциала управления на выводные зажимы 29 и 30 катушка 27 втягивает магнитный сердечник 33 в виде оболочки и, преодолевая усилие пружины 26, разрывает контакт: мембрана 10 и головка 25, развитию дуги препятствует вакуум в камере 2, возобновляемый через клапан 19 после его разгерметизации снятием крышки 58 и подключением к вакуумному насосу с отжатием штока 54. Для уменьшения потерь при длительном разомкнутом состоянии с обтеканием катушки 27 током расцепления защелка 59 фиксирует шток 23 с помощью колодки 61, прижимаемой к впадине 34 пружиной 60. Для замыкания контактов неподвижного 5 и подвижного 24 на вывода 29 и 30 подается управляющий потенциал обратной полярности, который выталкивает шток 23, преодолевая силу трения колодки 61. При превышении давления паров жидкого металла 48 в контактной камере 3 свыше критического мембрана 49 разрывается и полость камеры 47 попадают избыточные пары жидкого металла 48, чем давление в контактной камере 3 снижается и предотвращается авария выключателя 1. The movable contact 24 in the closed state is pressed by a spring 26 to the membrane 10 so that it bends and takes the form of a head 25, and the contact is through the chamber 9 filled with liquid metal 48. An electric current enters through the fixed contact 5 through the chamber 9 with the liquid metal 48 and the membrane 10 into the head 25 of the movable contact 24 and its rod 32 and through the ribs 36 and the hole 37 and the disk 38 passes into the liquid metal 48 of the chamber 3, and through it into the network contact 43. The described electrical circuit has a small transition resistance, which caused low losses and heat. When the control potential is applied to the terminal clips 29 and 30, the coil 27 draws the magnetic core 33 in the form of a shell and, overcoming the force of the spring 26, breaks the contact: the membrane 10 and the head 25, the development of the arc is prevented by the vacuum in the chamber 2, which is renewed through the valve 19 after its depressurization by removing the cover 58 and connecting to the vacuum pump with the rod 54 depressed. To reduce losses during a long open state with the decoupling current flowing around the coil 27, the latch 59 fixes the rod 23 by means of a block 61 pressed against the spring cavity 34 60. To close the contacts of the fixed 5 and the movable 24, a reverse polarity control potential is supplied to the terminal 29 and 30, which pushes the rod 23 overcoming the friction force of the block 61. When the vapor pressure of the liquid metal 48 in the contact chamber 3 exceeds the critical membrane 49, the cavity breaks and the cavity 49 chamber 47 excess pairs of molten metal 48 get in, which reduces the pressure in the contact chamber 3 and prevents the breakdown of the switch 1.

Предполагаемое изобретение по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества. The alleged invention in comparison with the prototype has the following advantages.

Снижаются потери в контактной зоне главных подвижного и неподвижного контактов за счет увеличения контактной поверхности, что увеличивает КПД выключателя. Снижаются потери в контактной камере выключателя за счет использования жидкого металла и развитой поверхности контакта штока, что повышает КПД выключателя при нагрузке. Применение защелки для стопорения штока в разомкнутом режиме позволяет снизить энергопотребление выключателем при холостом ходе электроэнергосистемы. Разборная конструкция выключателя позволяет уменьшить трудоемкость его изготовления и обслуживания, ремонта. Клапан поддержания вакуума позволяет его возобновлять с помощью подключаемого вакуумного насоса, что продлевает ресурс выключателя и повышает его надежность. Расширительная камера с предельной мембраной позволяет повысить надежность аппарата за счет исключения взрыва паров жидкого металла при размыкании коротких замыканий. Losses in the contact zone of the main movable and fixed contacts are reduced by increasing the contact surface, which increases the efficiency of the circuit breaker. The losses in the contact chamber of the circuit breaker are reduced due to the use of liquid metal and a developed contact surface of the rod, which increases the efficiency of the circuit breaker under load. The use of a latch for locking the rod in open mode allows to reduce the power consumption of the circuit breaker during idling of the power system. The collapsible design of the circuit breaker allows you to reduce the complexity of its manufacture and maintenance, repair. The vacuum maintenance valve allows it to be renewed using a plug-in vacuum pump, which extends the life of the switch and increases its reliability. An expansion chamber with a limiting membrane allows to increase the reliability of the apparatus by eliminating the explosion of liquid metal vapors when short circuits are opened.

Изобретение может быть использовано в сетях переменного тока низкого и среднего напряжения и в сетях постоянного тока. The invention can be used in AC networks of low and medium voltage and in DC networks.

Claims

1. ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий корпус, вакуумную камеру с подвижным и неподвижным контактами и электромагнитный привод подвижного контакта и элемент соединения электропроводящего штока подвижного контакта с неподвижным сетевым контактом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем увеличения площади контакта, неподвижный контакт выполнен в виде мембраны, закрепленной герметично на камере с жидким металлом, поданным через канал и герметичный клапан, а подвижный контакт выполнен с контактной поверхностью, соответствующей поверхности камеры неподвижного контакта, и снабжен дугостойким экраном, причем элемент электрического соединения с неподвижным сетевым контактом выполнен в виде камеры, заполненной жидким металлом, с защелкой, фиксирующей положение штока подвижного контакта. 1. VACUUM CIRCUIT BREAKER, comprising a housing, a vacuum chamber with movable and fixed contacts and an electromagnetic actuator of the movable contact and an element for connecting the electrically conductive rod of the movable contact to the fixed network contact, characterized in that, in order to increase reliability by increasing the contact area, the fixed contact is made in in the form of a membrane mounted hermetically on the chamber with liquid metal supplied through the channel and the sealed valve, and the movable contact is made with the contact surface, respectively uyuschey fixed contact surface of the chamber, and provided with arc-screen, wherein the electric element is connected to the fixed network terminal is formed as a chamber filled with liquid metal, with a latch, fixing the position of the movable contact rod.

2. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что камера с жидким металлом снабжена мембраной с герметичной расширительной камерой. 2. The switch according to claim 1, characterized in that the chamber with liquid metal is equipped with a membrane with a sealed expansion chamber.