УЗЕЛ СИЛОВЫХ КОНТАКТОВ КОММУТАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА

Полезная модель относится к низковольтному аппаратостроению, в частности к узлам силовых контактов коммутационных устройств.
Известна контактная пара автоматического выключателя по патенту РФ на полезную модель №147086, в которой с целью экономии материала контактодержатель обрезан сразу после установленной на нем контактной накладки.
Недостатком известного решения являются низкая эксплуатационная надежность автоматического выключателя, в виду того, что при отключении токов нагрузки или токов короткого замыкания плазма возникшей электрической дуги отрицательно воздействует на поверхность контактной накладки контактодержателя электрического контакта коммутационного устройства вплоть до его разрушения и дальнейшего отрыва ее от места присоединения к контактодержателю.
Контактная накладка в узле является самым уязвимым местом при гашении плазмы электрической дуги, нуждающаяся в защите от ее негативного воздействия, таких как высокотемпературное воздействие, возникающих сил деформации и от загрязнения продуктами горения. При этом сама контактная накладка выполнена из мягких материалов с высокой электропроводностью, закреплена методом точечной сварки или пайкой на плоской поверхности контактодержателя и должна иметь низкое контактное переходное сопротивление.
Технической задачей предлагаемого решения является создание конструкции узла силовых контактов коммутационного устройства, обеспечивающего долговременную безаварийную работу узла контактной системы.
Техническим результатом является повышение защиты контактной накладки, основного и важнейшего элемента контактов.
Техническая задача решается за счет того, что в узле силовых контактов коммутационного устройства, содержащем по меньшей мере один контактодержатель и по меньшей мере одну контактную накладку, контактная накладка выполнена из материала с высокой электропроводностью, а контактодержатель выполнен плоским с зауженным концом и снабжен расположенным под углом к его поверхности и выполненным зацело с ним методом штамповки П-образным выступом, причем зауженный конец контактодержателя направлен в сторону дугогасительной камеры и выполнен удлиненным и выгнутым в сторону с возможностью ускорения растяжения дуги и ее гашения, противоположную плоскости контактной поверхности контактной накладки, с возможностью ускорения гашения дуги путем ее растяжения и затягивания в дугогасительную камеру, при этом П-образный выступ выполнен высотой равной половине высоты контактной накладки с возможностью предотвращения сваривания металлов, причем с противоположной П-образному выступу стороны на контактодержателе выполнено П-образное углубление и боковые ребра, при этом П-образное углубление выполнено с отгибом в сторону поверхности с контактной накладкой с возможностью препятствования поступлению образовавшегося от горения плазмы электрической дуги тепла в зону контактной накладки и предохранения ее от разрушения, а боковые ребра выполнены с возможностью обеспечения дополнительной жесткости контактодержателя и защиты зоны контактной накладки от возникающих деформаций и разрушения, при этом между верхним краем П-образного выступа и краем контактной накладки с возможностью предотвращения попадания возникающих при горении дуги частиц расплавленных металлов выполнен зазор, ширина которого равна высоте контактной накладки. П-образный выступ снабжен утолщением. Контактодержатель выполнен с утолщением на удаленном от контактной накладки конце с возможностью увеличения его теплоемкости и ускорения затухания и охлаждения горящей дуги. Утолщение выполнено с возможностью поглощения тепла от дуги.
Техническое решение поясняется следующими иллюстрациями:
на фиг. 1 изображен контакт,
на фиг. 2 изображена контактная пара,
на фиг. 3 изображена зона воздействия плазмы электрической дуги,
где:
1. Контактодержатель.
2. Контактная накладка.
3. П-образный выступ.
4. Зазор.
5. Выгнутый конец контактодержателя.
6. П-образное углубление.
7. Боковое ребро.
Узел силовых контактов коммутационного устройства содержит по меньшей мере один контактодержатель 1 и по меньшей мере одну выполненную из материала с высокой электропроводностью контактную накладку 2.
Контактодержатель 1 выполнен плоским с зауженным концом 5 и снабжен расположенным под углом к его поверхности и выполненным зацело с ним методом штамповки П-образным выступом 3.
Контактодержатель 1 выполнен с отгибом его конца, что позволяет ускорить процесс растяжения дуги при расхождении подвижного и неподвижного контактов при движении дуги и ее устойчивого нахождении на концах контактодержателей 1, а следовательно способствовать быстрому ее гашению, не позволяя токам, протекающим в цепи, достичь максимальных значений, что особенно важно при гашении дуги постоянного тока, и не позволяя ей перейти в устойчивое состояние, сдвигая вольт-амперную характеристику.
Суживающаяся форма концов 5 контактодержателей 1 позволяет быстро и эффективно переместить место возникновения (образования) дуги в заданную точку на заостренные концы 5 ближе к решеткам дугогасительной камеры (на фиг. не показано), а также позволяют наилучшим образом направить ее движение в заданную часть контакта и предотвратить ее повторное возникновение при гашении переменного тока.
Удлинение концов 5 контактодержателя 1 позволяет вынести защищаемые контактные накладки 2 из зоны разрушающего, негативного воздействия процессов горения - таких, как теплового, разбрызгивания жидких металлов и других продуктов горения, защитить поверхность контактных накладок от окисления, эрозии.
Изгиб удлиненных концов 5 контактодержателя 1 в противоположные стороны обеспечивает быстрое и надежное гашение плазмы электрической дуги путем ее растяжения и затягивание в деионные решетки дугогасительной камеры (на фиг. не показано), что является основным условием для гашения плазмы, особенного дуги постоянного тока, а также одним из условий при гашении переменного тока с последующим ее гашением.
Также с целью исключения возникающих при горении электрической дуги на контактах высокотемпературных воздействий на защищаемую контактную накладку 2 на контактодержателе 1 в сторону контактной накладки 2 выполнен П-образный выступ 3, при этом поперечная сторона П-образного выступа 3 параллельная краю накладки выполняется наиболее вдавливаемой, что серьезно ухудшает теплопередачу выделяемого тепла от плазмы электрической дуги к контактным накладкам 2 контактодержателя 1.
Также для увеличения теплоемкости отделенной П-образным выступом 3 части контактодержателя 1 ее массу увеличивают за счет выполнения различных видов утолщений, наплывов металла особенно на пути движения дуги и в месте ее возникновения, что позволяет улучшить охлаждение горящей дуги и ускорить ее затухание.
При этом выполнять утолщения на данной части контактодержателя 1 целесообразно различными способами ближе к середине продольной линии, так как дуга движется по этой линии и наличие большей массы, а следовательно и теплоемкости в месте непосредственного возникновения дуги, позволяет наиболее эффективно ее охлаждать.
С противоположной П-образному выступу 3 стороны на контактодержателе 1 образовано П-образное углубление 6 и боковые ребра 7.
П-образное углубление 6 выполняется с отгибом образовавшейся внутренней части в сторону поверхности с контактной накладкой 2, что в значительной мере препятствует поступлению образовавшегося от горения дуги тепла в защищаемую зону контактной накладки 2, соответственно, предохраняя как саму накладку, так и место ее соединения с контактодержателем 1 от разрушения, а контактную поверхность от усиленного образования окислов и повышения переходного сопротивления, повышая таким образом рабочий жизненный цикл важнейшего элемента в контактной аппаратуре, качество и надежность функционирования контактов.
Боковые ребра 7 в холодном состоянии позволяют обеспечить дополнительную жесткость конструкции контактодержателя 1, а в случае предельных температурных воздействиях при неблагоприятных условиях гашения дуги позволяют защитить место контактной накладки 2 и сварного шва (на фиг. не показано) от возникающих деформаций, которые могут привести к их разрушению, и принимают эти деформирующие воздействия на себя, таким образом обеспечивая надежную защиту контактной накладке 2 и качеству сварного шва (на фиг. не показано).
При возникновении дуги боковые ребра 7 способствуют переходу электрического потенциала на край контактодержателя 1 и переносу дуги и зоны ее горения на разведенные и изогнутые концы контактодержателей 1.
При возникновении тяжелых режимов гашения и сопутствующих им электродинамических усилий, действующим на элементы контактов, разогретые боковые ребра 7 позволяют защитить контактную накладку 2, принимая деформационные воздействия на малоценную часть контактов и демпфируя их.
При номинальных режимах, режимах перегрузки и режимах включения-отключения, сопровождающихся выделением повышенной мощностью протекающих через контактные накладки 2 токов, боковые ребра 7 позволяют улучшить рассеивание выделяющегося тепла, выполняя роль радиатора, что также позволяет дольше сохранить рабочее состояние контактной накладки 2, предотвращая ее ускоренное разрушение и эрозию.
При этом конфигурация поверхности соприкосновения боковых ребер 7 с зоной контактодержателя 1 имеет наименьшую площадь в части поперечного рассечения, в дальнейшем линейно увеличивается, что позволяет при резком выделении тепла от горения дуги, наилучшим образом защитить контактную накладку 2 и не препятствовать его рассеиванию при протекании медленных, инерционных процессов выделения тепла.
Для предотвращения попадания частиц расплавленных металлов, возникающих при горении дуги, на поверхность контактной накладки 2 между верхним краем П-образного выступа 3 и краем контактной накладки 2 выполнен зазор 4, ширина которого равна высоте контактной накладки 2.
Зазор 4 выполнен с возможностью предохранения контактной накладки 2 от образующихся при движении дуги капель расплавленного металла.
Контактную накладку 2 следует располагать на расстоянии, равным ее высоте для сохранения созданного зазора 4. Ибо при первоначальном возникновении дуги, она образуется в первый момент расхождения контактов на контактных накладках 2 и при движении дуги в сторону концов контактодержателей 5, расплавленные частицы контактных накладок 2 могут попасть на место зазора 4 и в процессе функционирования объекта эксплуатации постепенно заполнить его металлом, таким образом восстановив его теплопроводность в зоне контактных накладок 2. Наличие зазора 4 позволяет жидким частицам металла с кромки контактодержателя 1 остаться либо на этой его части, либо на вертикальной стороне контактной накладки 2. При этом будет происходить в незначительной части сваривание контактодержателя 1 и контактной накладки 2, улучшая их взаимодействие и не образуя теплопроводных мостиков в месте зазора 4.
При горении дуги происходит следующее.
Дуга возникает при отключении больших токов нагрузки или токов короткого замыкания. Сначала при ослаблении контактного нажатия, затем при разведении подвижного и неподвижного контактов дуга начинает гореть между контактными накладками 2. Вначале, при малом расстоянии между контактными накладками 2, дуга устойчиво горит на месте возникновения. По мере расхождения контактных накладок 2 дуга растягивается.
Под действием электромагнитных сил она начинает смещаться в сторону дугогасительной решетки, последовательно проходя участки: контактная накладка 2, зазор 4, П-образный выступ 3 в контактодержателе 1, далее на конец контактодержателя 5.
При применении в качестве ответной части контактной пары такого же контакта и наличии такого же зауженного и выгнутого конца контактодержателя 1 длина дуги, расположенной между двумя разведенными в разные стороны концами 5 контактодержателей 1, способствует ускорению охлаждения и гашения дуги. Кроме этого, применение удлиненных зауженных концов 5 контактодержателей 1 позволяет переместить горящую дугу дальше от контактной накладки 2, что также продлевает ее срок службы.
При этом важно, чтобы время присутствия опорной точки дуги на поверхности контактной накладки 2 было минимальным, так как в этот момент поверхность контактной накладки 2 подвергается наибольшему негативному воздействию высокой температуры дуги, подвержена эрозии, оплавляется. Большую часть времени, до момента втягивания в дугогасительную решетку (на фиг. не показано), дуга, перемещаясь по контактодержателю 1 к его зауженному концу 5, горит вне зоны контактной накладки 2, нагревая при этом контактодержатель 1.
Выполненный в контактодержателе П-образный углубление 6 уменьшает площадь поперечного сечения контактодержателя в месте своего нахождения, этим ухудшает теплопроводность контактодержателя, тем самым препятствует передаче большого количества тепла от нагретого горящей дугой конца 5 контактодержателя 1 контактной накладке 2. Снижение воздействующей на контактную накладку 2 высокой температуры уменьшает вероятность образования на ее поверхности устойчивой окислительной пленки, имеющей большое удельное сопротивление и значительно ухудшающей переходное сопротивление контактов, а также способствует лучшей сохранности места крепления контактной накладки 2 к контактодержателю 1. Кроме этого, наличие П-образных выступа и выреза увеличивает площадь теплоотдачи концевой части контактодержателя за счет образованных площадей боковых поверхностей выступа и выреза, выполняя роль дополнительного радиатора, способствующего ускорению охлаждения и гашения дуги.
Зазор между контактной накладкой 2 и П-образным выступом 3 служит для защиты места разрыва от заплавления его расплавленными металлами.
Таким образом, задача создания конструкции силового контакта коммутационного устройства, обеспечивающей долговременную безаварийную работу контактной системы, при повышении защиты контактной накладки решена.