Вакуумный выключ. лтель

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕДЬСИ: 29 О 34 Сокз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетельства М ЧПК Н 011 т 3366 Заявлено 20.т(.1967 (Ж: 1158591/24-7) исоединецием з; ПриоритетОпуолико;оп 22.Х 11.1 Дятд Оптбликопдци 5 Кокнтет по делдте зобретеннй и открытий при Спеете Министров СССР.Авторыизобретения С. Потокии и Раховск 5 аявител КУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ Известны вакуумные выключатели, содержащие вакуумирова иную секционированную дугогасителыуО камеру с развитой внешней поверхностью, внутри которой расположены металлические экраны, укрепленные на металлических прокладках, вакуумноплотно соединяющих секции корпуса камеры, неподвижный и подвижные контакты, образующие несколько, например три, последовательно расположенных ду 5 гогасящих промежутка. Контакты перемещаются под действием пружинящих элементов, каждый из которых выполнен, например, в виде двух концентрично расположенных сильфонов с герметично закрытой полостью между ними, заполненной изолирующим веществом,Указанные выключатели имеют электрическую прочность, достаточную для работы в электрических сетях с номинальным напряжением 10 - 20 кв.Для коммутации тока в цепях с более вы. соким напряжением, например 110 кв, необходимо соединять до пяти вакуумны выключателей последовательно, что усложняет конструкцию привода и снижает надежность работы в целом,В предложенном выключателе с целью повышения электрической прочности указанные подвижные контакты и экраны установлены таким образ м, что длина дугогасящих промежутков в разомкнутом состоянии контактов и расстояния между экранами последовательно увеличиваются, начиная от неподвижного контакта. Каждьш нечетный экран электрически сое 1 не; с контактом, расположенным внутри этого экрана, и защищает пружинящий элехецт, а каждый четный эк 1 эац по,иост ь 10 изОлиОваи и ОхватиВдет Олижайший дугогасящий промежуток, причем 10 герметичная полость между сильфонами заполнена, например, нейтральным газом, находящимся под давлением. Для повышения срока служб внутрснняя поверхность каждой секции изоляционного корпуса может 15 быть выполнена разветвленной с изолированными карманами, которые защищают места соединения секций с металлическими прокладкдми от напыления при горении дуги ца контактах.20 На чертеже изображена конструкция предлагаемого вакуумного выключателя.В предлагаемой коцструкцш имеются несколько дугогасящих промежутков, например три, (, П и П(. Количество разрывов 25 определяется величиной напряжения, ири котором будет работать выключатель. Для увеличения электрической прочности необходимо рдвномерцо распределить напряжение междх дхгог 1 сяиими 51)олеж 1 ткдми. Для 30 этого каждый из контактов электрически со3единяется с соответствующим ближайшим изолированным металлическим экраном, На чертеже видно, что такими экранами являются нечетные экраны, Каждый из четных экранов охватывает дугогасящий промеяуток, В разомкнутом состоянии вакуумный выключатель представляет соединенную последовательно цепочку конденсаторов, обкладками которых являются экраны и контакты, Каждый из экранов и контактов, кроме того, обладает определенной емкостью по отношению к земле, которая уменьшается по мере удаления от земли. Так как емкости между экранами и контактами по величине соизмеримы с соответствующими емкостями по отношению к земле и параллельны им, то последние существенно уменьшают суммарные емкости по мере удаления от зем,чи, Как известно, напряжение по цепочке конденсаторов распределяется обратно пропорционально емкостямпоэтому в вакуумном выключателе на самый удаленный от земли промежуток между контактами и экранами приходится наибольшее напряжение, Чтобы равномерно распределить напряжение, необходимо увеличить емкость верхних промежутков. Это чостигается за счет уменьшения расстояния как между соответствующими экранами, так и контактами,Чтобы заставить перемещаться внутренние подвижные контакты, которые нс имеют выхода наружу, их скрепляют с пружинящими элементами, Такой элемент выполняется илп из прукипы, материал которой сохраняет свои упругие свойства при высоких температурах, или собирается из двух сильфопов, один из которых вставлен внутрь другого. Кромки сильфонов герметично соединены между собой, например, аргонодуговой сваркой, Предварительно, перед заваркой последнего шва, пространство между сильфонами запо.чнястся нейтральным тазом под давлением. Такой сильфоиный узел, помещенный в вакуум, приобретает способность расширяться под действием газа, заключенного между спльфонами. Сжатие всех пружинных элементов до соприкосновения всех контактных пар происходит под воздействием привода и атмосферного давления на внешний подвижный контакт.При горении,дуги контакты вакуумного выключателя разрушаются с образованием металлического пара, который разлетается во все стороны из дугового промгкутка и оседает на более холодных поверхностях, в том числе на внутренних стенках корпуса, проникая в пространство между металлическими экранами. Слой металла, осевший на поверхность изолятора, имеет цаибольшучо толщину в середине, напротив пространства между экранами. К торцам изолятора этот слой утоньшается вплоть до моноатомното и представляет собой сочетание отдельных острий, Естественно, что именно эти острия являются центрами возникновения пробоя по 5 о 15 20 25 30 35 40 45 5 О 55 60 65 поверхности при подаче на выключатель высокого напряжения. Чтобы уменьшить напряженность электрического поля в этом месте, в конструкции изолятора предусмотрены специальные пзоляциопные карманы, внутрь которых направлены края папыленного слоя,Вакуумньш выключатель содержит непо движный контакт 1 и трп подвижных, два из которых 2 и 3 целиком находятся внутри ва. куумированно о пространства, а третий (4) имеет выход наружу через сильфон 5. Внутренние подвижные контакты 2 и 3 благодаря тому, что они соединены с пружинящими элементами, могут совершать возвратно-поступательное перемещение.1 рукипный элемент состоит пз двух силь- фонов 6 и 7, вставленных один в другой, Между собой сильфоны герметично соединены. 11 еред сваркой пространство между силь- фонами заполняется газом, например нейтральным, Пружинящий элемент может быть просто пружиной из материала, не теряющего своих упругих свойств при температуре до 800 в 10"С.Внутри сильфонов 6 расположены напрдвляющие 3, которые центрируют внутренние подвижные контакты 2 и 3. Наругкный подвижный контакт 4 центрируется с помощью прокладки 9, выполненной из органического материала, обладающего низким коэффициентом трения по отношению к металлам, например фторопласта. Прокладка 9 вставлена в цилиндр 10, сваренный с крепежным фланцем 11, и закрыта крышкой 12. Крепежный флапец 11 с помощью переходного кольца 13 скреплен с цилиндром 14, который с одной стороны герметически сварен с сильфоном 5, а с другой - с нижним фланцем 15, оканчивающимся металлической прокладкой, вакуумноплотно соединенной с секцией керамического корпуса 16 и кольцом 17, служащим компенсатором напряжений, возникающих в керамическом корпусе прп изменениях температуры кольца. Кольцо может быть выполнено как из кепампки, так и из металла, обладающего аналоги шыми коэффициентами термического расширения, например молибдена. Такую же роль играет и кольцо 18,на противоположном торце ключателя, Металлический фланец 15 снарукорпуса оканчивается кольцевым закрутлепшем 19, имеющим впд торазакрываюшего места сная керамики с металлом. Аналогичные прокладки с закруглениями применены для вакуумцоплотного соединения всех остальных изоляционных секций корпуса мекду собой. Прокладка в торцевой части корпуса выполнена заодно с плоским фланцем 20, вакуумноплотпо спаянным с неподвижным контактом 1. С фланцем 20 прочно скреплен металлический экран 21, который, следовательно, имеет одинаковый потенциал с неподвижным контактом 1. Металлический экран 22 охватывает дугогасящий промежуток У, защищает внутренние стенки корпуса65 от напыления и участвует в делении напряжения. Экран 22 имеет свободнь 1 й потенцца з как при замкнутьх, так и при разомкнутых контактах.Металлический экран 23 выполнен более прочным, так как на нем укреплена направляющая 8, которая центрирует при движении контакт 2. Внутри экрана 23 расположен пружинящий элемент, приводящий в движение при размыкании контакт 2. Таким образом экран 23 имеег одинаковый потенциал с внутренним подвижным контактом 2, Экран 23 защищает сильфон пружинящего элемента от расплавленных капель металла. образующихся при горении дуги в дугогасящих промежутках 1 и П, защцщдет внутренние стенки корпуса от металлизациц парами контактов и способствует более равномерному распределению напряжения при разомкнутых контактах как вдоль корпуса, так и вдоль контактной системы,Дугогасящий промежуток П охватывается металлическим экраном 24, который выполняет те же функции, что и экран 22, Внутри прочного металлического экрана 25 расположен второй пружинящий элемент, приводящийй в движение при размыкании контакт 3, и направляющая 8, которая центрирует подвижный контакт 3. Экран 25 имеет одинаковый потенциал с подвижным контактом 3 и выполняет те же функции, что и экран 23. Изолированный металлический экран 26 охватывает дугогасящцй промесуток П 1 и играет такую же роль, как и экраны 22 и 24. Металлический экран 27 укреплен на нижнем торцевом фланце 15,Экраны 22 - 26 выполнены заодно с металлическими прокладками 28, вакуумноплотно соединяющими между собой одинаковые секции изоляционного корпуса. Экраны 21 ц 27 укреплены на торцевых металлических флдццах 20 и 15,Таким образом, все нечетные экраны 21, 23, 25 и 27 имеют один и тот же электрический потенциал, когда, контакты замкнуты, и обладают электрическим потенциалом, одинаковым с соответствующим контактом, когда контакты разомкнуты. Эти экраны участву 1 от в делении напряжения при разомкнутых контактах не только по секциям вдоль изоляционного корпуса, но и по дугогасящим разрывам 1, П ц П 1 вдоль токоведущего стержня.Все четные экраны 22, 24 ц 26 охватывают ближайшие к ним дугогасящие промежутки, соответственно 1, П и 1 П, предохраняют стенки корпуса от металлизации парами металла контактов и участвуют в делении напряжения по секциям вдоль изоляционного корпуса. Все четные экраны имеют свободный потенциал, определяемый соотношением емкостей.Как известно, напряжение по цепочке последовательно соединенных конденсаторов делится обратно пропорционально емкости каждого конденсатапа, Казалось бы, что для 5 10 15 го 25 30 35 40 45 50 55 60 равномерного распределения напряжения в предлагаемом,вакуумном выключателе необходимо добиваться одинаковых емкостей между всеми экранами и разрывами, т. е. расположить экраны ца одинаковом расстоянии друг от друга и от контактов, дугогасящие промежутки тоже сделать Одцнаковымц. Но каждый цз экранов обладает емкостью по отношению к земле. которая уменьшается по мере удаления экрана от земли. Так как этц емкости на землю параллельны емкостям между экранами, то суммарные емкости уменьшаются по мере удаления экранов от земли при верт 11 кальцом расположении вакуумного выключателя. Благодаря этому на верхний разрыв прцход 11 тся цдцбольшее напряжение, Необходимо, чтобы внутренние емкости между контактамц ц экрдцамц увеличивались по мере удаления от земли. Для выполнения этого условия расстояния между экранами 29, 30, 31, 32 и 33 ц дугогасящце промежутки 1, П ц П 1 в разомкнутом состоянии должны увеличиваться по мере приближения к заземленному контакту. Для ограничения хода внутренних подвижных контактов контакты 2 ц 3 выполнены соответственно с буртиками 34 ц 35. Чтобы увеличить пробцвнос ндпрж 1 сение по ндружцой поверхности корпуса вакуумного выключателя. каждая из секций выполняется с несколькими наружными ребрами 36,Как известно, прц горен 1 ш луги на контактах образуется металлический пар, который разлетается цз дугогасящего промежутка ц конденсируется, в основном, на внутренней поверхности экранов 22, 24 ц 25. Некоторая часть паров в результате многократного отражения попадает па внутреннюю поверхность стспок изоляционного кОрпусд ц Осаждается в виде кольцевого слоя в середине секции корпуса. Толщина слоя убывает к краям секции, образ я острия по направлению к местам соединения изолятора с металлом. Это снижает электрическую прочность вакуумного выключателя и уменьшает срок службы, Для избавления от этого недостатка предлагается каждую секцию изоляционного корпуса 16 выполнять с ответвлениями 37 и 38, каждое из которых начинается от противоположных концов каждой из секций. Ответвления 37 ц 38 направлены к середине секций и образуют с их внутренней поверхностью изоляционные карманы 39 ц 40. Ответвления 37 ц 38 не должны выходить за пределы соответствующих экранов, тогда онц не будут металлизцроваться. В этом случае острые края слоя напьтленного металла будут обращены внутрь изоляционных карманов 39 ц 40 и от металлических прокладок 28 между секциями 16 будут отделяться поверхностью ответвлений 37 и 38. Предмет изобретения1. Вакуумный выключатель, содержащий вакуумированную секционцрованную дугогасптельную камеру с развитой внешней поверхностью, внутри которой расположены металлические экраггг.г, укрепленные на металлггческ)гх п 1)окладках, вакуумггоплотгго соединяющих секции коргпуса камеры, неподвижный и подвижные контакты, образующие несколько, например трп, последовательно расположенных дугогасящих промежу тка, причем,контакты перемещаются под действием пружгпгящих элементов, ка)кдый из которых выполнен, например, в виде двух концентрично расположенных сильфонов с терметично закрытой полостью между ними, заполненной изолирующим веществом, отличагошиася тем, что, с целью повышения электрической прочности, подвижные контакты и экраны установлены таким образом, что длина дугогасящих промежутков в разомкнутом состоянии контактов и расстояния между экранами по 5 1 О 15 следовательно увеличиваются, начиная от неподвижного контакта, каждый нечетный экран электрически соединен с контактом, расположенным внутри этого экрана, и защищает пружинящий элемент, а каждый четный экран полностью изолирован и охватывает ближайший дугогасящпй промежуток, причем герметичная полость между сильфонами заполнена, например, нейтральным газом, находящимся под давлением.2, Выключатель по п. 1, оглицагоаиггся тем, что, с целью повышения срока службы, внутренняя поверхность каждой секции изоляционного корпуса выполнена развегвленной с изолированными карманами, которые защищают места соединения указанных секций с металлическими прокладками от напыления металла при горении дуги на контактах.