КОНТАКТ ДЛЯ ВАКУУМНОГО ПРЕРЫВАТЕЛЯ
CONTACT FOR VACUUM INTERRUPTER

Уровень техники
1. Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к вакуумному прерывателю, который является контактным механизмом сердечника вакуумного выключателя, и, более конкретно, к контакту вакуумного прерывателя, имеющего характеристику быстрого гашения дуги и хорошую механическую прочность, выдерживающую механическое напряжение, сообщаемое электроду, когда подвижный контакт и неподвижный контакт соединяются друг с другом.
2. Описание известного уровня техники
Пример конфигурации типичного вакуумного прерывателя будет описан ниже со ссылками на фиг.1.
Как показано на фиг.1, обычно вакуумный прерыватель может содержать изоляционный корпус 9, сформированный из керамического материала, такого как керамический материал, имеющий высокие характеристики электрической изоляции и высокое тепловое сопротивление, в котором верхняя и нижняя части открыты, соответственно, неподвижный электрод 4, вставленный в изоляционный корпус 9 и имеющий на его конце неподвижный контакт 3 и соединенный другим концом, например, с источником электрической энергии, и подвижный электрод 1, вставленный в изоляционный корпус 9 и имеющий на конце подвижный контакт 2, а другой его конец, например, имеет электрическое соединение со стороной электрической нагрузки.
Ссылочной позицией 5 может быть обозначено металлическое сильфонное уплотнение, подвижно поддерживающее подвижный электрод 1, и ссылочной позицией 6 может быть обозначена экранирующая пластина, расположенная на подвижном электроде 1 для защиты сильфона 5 от дуги.
Ссылочной позицией 7 может быть обозначена первая уплотнительная чашка, приваренная и расположенная неподвижно относительно изоляционного корпуса 9 для обеспечения уплотнения между нижней открытой частью изоляционного корпуса 9 и подвижным электродом 1, и ссылочной позицией 8 может быть обозначена вторая уплотнительная чашка, приваренная и расположенная неподвижно относительно изоляционного корпуса 9 для уплотнения между верхней открытой частью изоляционного корпуса 9 и неподвижным электродом 4.
Ссылочной позицией 10 может быть обозначена центральная экранирующая пластина, расположенная в центре изоляционного корпуса 9 для защиты внутренней стеночной поверхности изоляционного корпуса 9 от дуги.
В типовом вакуумном прерывателе, имеющем указанную выше конфигурацию, когда подвижный электрод 1, показанный на фиг.1, перемещается вверх движущей силой, передаваемой приводом, имеющим не показанный на фигуре источник приводного усилия, такой как пружина или электродвигатель и соединения, подвижный контакт 2, расположенный в оконечной части подвижного электрода 1, может входить в контакт с неподвижным контактом 3. Соответственно, сторона электрической нагрузки, электрически соединенная с подвижным электродом 1, и сторона источника энергии, электрически соединенная с неподвижным электродом 4, электрически соединяются друг с другом, и, таким образом, рабочее состояние становится состоянием замкнутой цепи.
Когда подвижный электрод 1 перемещается вниз движущей силой, передаваемой приводом, имеющим не показанный на фигуре источник приводного усилия, подвижный контакт 2, расположенный на оконечной части подвижного электрода 1, отделяется от неподвижного контакта 3. Соответственно, сторона электрической нагрузки электрически соединяется с подвижным электродом 1, и сторона источника энергии, электрически соединенная с неподвижным электродом 4, электрически отделяются друг от друга, и, таким образом, рабочее состояние становится состоянием разомкнутой цепи.
arc
arc
arc
Между тем, когда цепь разомкнута, как показано на фиг.2, между подвижным контактом 2 и неподвижным контактом 3 возникает дуга (А), и ток (l) дуги проходит по дуге (A), и вокруг тока (l) дуги формируется магнитное поле (B), вызванное током (l) дуги. В таком случае, дуга (A) принимает горизонтальную силу, то есть, так называемую силу Лоренца, в соответствии с расстоянием (L) между подвижным контактом 2 и неподвижным контактом 3 и магнитным полем (B). Соответственно, дуга, отталкиваемая наружу силой Лоренца, вращается на контактной поверхности согласно форме токопроводящей дорожки, образованной множеством лепестков на подвижном контакте 2 и неподвижном контакте 3, как показано на фиг.3.
Между тем, конфигурация контакта вакуумного прерывателя, соответствующего двум примерам согласно известному уровню техники, будет описана со ссылками на фиг.4-7.
Контакт вакуумного прерывателя, показанного на фиг.4-7, может иметь конфигурацию контакта с магнитным полем горизонтального типа, как показано на фиг.3. Конфигурация контакта с магнитным полем горизонтального типа может означать, что формируется магнитное поле, перпендикулярное току в горизонтальном направлении, поскольку направление тока ориентировано в осевом направлении (а именно, вертикальном направлении), как показано дорожкой “а→b→c→d→e” с использованием стрелок. Ниже со ссылками на фиг.4-7 будет описан контакт вакуумного прерывателя, имеющий конфигурацию контакта с магнитным полем горизонтального типа.
В случае с вакуумным прерывателем, имеющим конфигурацию контакта с магнитным полем горизонтального типа, изолированное состояние между контактами, а именно, состояние, в котором пространство между контактами полностью прервано, может быть создано немедленно гашением дуги посредством быстрого вращения паров металла в дуге, генерируемой между контактами, разомкнутыми и отделенными друг от друга на контактной поверхности, вследствие тока повреждения, такого как ток короткого замыкания в цепи, таким образом, определяя успех или сбой эффективного размыкания цепи.
Соответственно, для увеличения вращательной силы для вращения паров металла в дуге была выполнена схема увеличения длины лепестков 2a, 3a контактов 2, 3 в соответствии с примером согласно известному уровню техники, как показано на фиг.4 и 5.
В случае с примером согласно известному уровню техники, это может быть эффективно при быстром вращении паров металла в дуге посредством увеличения длины лепестков 2a, 3a, но также и может иметь недостаток, заключающийся в том, что диаметр вакуумного прерывателя увеличивается при увеличении диаметра (φ) контактов 2, 3 и, кроме того, увеличивается размер вакуумного выключателя, в котором используется вакуумный прерыватель.
Кроме того, как показано на фиг.4, ширина (W) изогнутой части лепестков 2a, 3a является узкой, как показано на фиг.4, и, таким образом, могут происходить деформация и повреждение контактов вследствие механического удара при операции замыкания контактов вакуумного прерывателя, таким образом, вызывая проблему резкого ухудшения характеристик переключения контактов.
Между тем, в случае с другим примером согласно известному уровню техники, показанным на фиг.6 и 7, он имеет особенность, заключающуюся в том, что диаметр контактов 2, 3 не увеличивается, но увеличивается длина (l) лепестков 2a, 3a.
В случае с другим примером согласно известному уровню техники, показанным на фиг.6 и 7, он может не давать эффект увеличения размера вакуумного прерывателя и вакуумного выключателя, так как он эффективно осуществляет быстрое вращение паров металла в дуге посредством увеличения длины (l) лепестков 2a, 3a, не увеличивая их длины.
Однако, как показано на фиг.6, ширина (Ws) начальной части лепестков 2a, 3a небольшая, как показано на фиг.6, и, таким образом, может произойти деформация и повреждение контактов вследствие механического удара при операции замыкания контактов вакуумного прерывателя, таким образом, вызывая проблему резкого ухудшения характеристик переключения контактов.
Сущность изобретения
Соответственно, задачей настоящего изобретения является решение проблем известного уровня техники, разработка контакта вакуумного прерывателя, в котором длина лепестка достаточно велика, чтобы получить высокие характеристики гашения, и диаметр контакта небольшой, также как механическая деформация, и его повреждение может предотвращаться, даже когда происходит механический удар во время размыкания или замыкания контакта, таким образом, сохраняя его механическую прочность.
Задача настоящего изобретения может быть решена посредством получения контакта для вакуумного прерывателя, имеющего подвижный контакт и неподвижный контакт, в котором подвижный контакт и неподвижный контакт, соответственно, содержат множество вырезов, сформированных так, что они проходят к внешней периферийной поверхности от множества положений, соответственно, с отнесением от центра контактной поверхности, и лепесток, сформированный между парой смежных вырезов, и для минимизации механической хрупкости части лепестка, имеющей малую ширину, при создании вращательного движения дуги, каждый вырез содержит первую оконечную часть, которая закрыта и примыкает к центру; вторую оконечную часть, которая открыта и примыкает к внешней периферийной поверхности; первую часть выреза, проходящую линейно от первой оконечной части; и вторую часть выреза, проходящую линейно ко второй оконечной части, изгибаясь от первой части выреза под заданным углом.
Контакт для вакуумного прерывателя согласно настоящему изобретению может также содержать центральную углубленную часть контакта, сформированную как выемка с заданным диаметром от центра контакта, и может быть более эффективным, если расстояние от внешней периферийной поверхности центральной углубленной части контакта до первой части выреза имеет заданное первое расстояние, чтобы вызвать вращательное движение дуги.
Контакт для вакуумного прерывателя согласно настоящему изобретению может быть более эффективным, если заданное первое расстояние может быть больше нуля и меньше или равно 5 мм.
Контакт для вакуумного прерывателя согласно настоящему изобретению может быть более эффективным, если заданный угол может быть больше или равен 30 градусам и меньше или равен 60 градусам.
Контакт для вакуумного прерывателя согласно настоящему изобретению для каждой части выреза может быть более эффективным, если расстояние до второй части выреза, примыкающей к его первой оконечной части, составляет заданное второе расстояние, чтобы вызвать вращательное движение дуги.
Контакт для вакуумного прерывателя согласно настоящему изобретению может быть более эффективным, если второе расстояние больше или равно 0,8 толщины контакта и меньше или равно двум толщинам контакта.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи, которые включены в описание для лучшего понимания изобретения и составляют часть этого описания, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и вместе с описанием служат для пояснения принципов изобретения.
Фиг.1 изображает вид сечения, иллюстрирующий конфигурацию типового вакуумного прерывателя;
фиг.2 - пояснительный вид, иллюстрирующий отталкивание наружу дуги, генерируемой в моменты размыкания и отделения контактов, силой Лоренца в вакуумном прерывателе, показанном на фиг.1;
фиг.3 - схему рабочего состояния, иллюстрирующую конфигурацию движения тока, когда контакты соединяются друг с другом в вакуумном прерывателе, показанном на фиг.1;
фиг.4 - вид в плане контакта, иллюстрирующий конфигурацию контакта вакуумного прерывателя в соответствии с примером согласно известному уровню техники;
фиг.5 - вид продольного сечения контакта, показанного на фиг.4;
фиг.6 - вид в плане контакта, иллюстрирующий конфигурацию контакта вакуумного прерывателя, соответствующего другому примеру согласно известному уровню техники;
фиг.7 - вид продольного сечения контакта, показанного на фиг.6;
фиг.8 - вид в плане контакта (подвижного контакта или неподвижного контакта), иллюстрирующий конфигурацию контакта вакуумного прерывателя согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.9 - вид продольного сечения, иллюстрирующий форму контакта вакуумного прерывателя согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, когда сечение контакта выполнено продольно по линии A-A на фиг.8;
фиг.10 - вид в изометрии контакта (подвижного контакта или неподвижного контакта), иллюстрирующий конфигурацию контакта вакуумного прерывателя согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.11 - схему рабочего состояния, иллюстрирующую состояние продвижение дуги, когда контакты разомкнуты и отделены друг от друга в контакте вакуумного прерывателя согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения; и
фиг.12 - временную диаграмму сигналов, иллюстрирующую форму кривой напряжения дуги, когда контакты разомкнуты и отделены друг от друга в контакте вакуумного прерывателя согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Задача настоящего изобретения, а также конфигурация и его рабочий эффект для решения указанной выше задачи будут понятны из последующего описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Контакты 2, 3 вакуумного прерывателя согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения могут содержать подвижный контакт 2 и неподвижный контакт 3, как показано на фиг.10. На фиг.10 ссылочными позициями 3a1, 2a1 обозначены части выреза, и ссылочными позициями 1 и 4 обозначены подвижный электрод и неподвижный электрод, соответственно. Общая конфигурация вакуумного прерывателя была описана выше, и, таким образом, описание и иллюстрирование его частей, отличных от конфигурации контакта согласно настоящему изобретению, будет опущено, чтобы избежать дублирования.
Контакты 2, 3 вакуумного прерывателя согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения имеют контакт с горизонтальным магнитным полем, в котором ток имеет вертикальное направление, и магнитное поле формируется перпендикулярно току, таким образом, формируя горизонтальное магнитное поле.
Как показано на фиг.8 и 9, в вакуумном прерывателе согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения подвижный контакт 2 и неподвижный контакт 3, соответственно, могут содержать множество частей вырезов, а именно, части 2a1, 2a2 вырезов подвижного контакта 2 или части 3a1, 3a2 вырезов неподвижного контакта 3 и лепесток, а именно, лепесток 2a подвижного контакта 2 или лепесток 3a неподвижного контакта 3.
Множество частей 2a1, 2a2 или 3a1, 3a2 вырезов могут быть сформированы так, что они проходят к внешней периферийной поверхности от множества (трех в предпочтительном варианте осуществления изобретения) положений, соответственно, отнесенных от центра (C) контактной поверхности в подвижном контакте 2 и неподвижном контакте 3, соответственно.
Три лепестка 2a, 3a могут быть расположены, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг.8 и 10, и каждый лепесток 2a, 3a может быть сформирован между парой смежных вырезов 2a1, 2a2 или 3a1, 3a2, иметь крыловидную форму и может быть выполнен из материала, обладающего проводимостью.
Чтобы минимизировать механическую хрупкость части, имеющей малую ширину в части 2a, 3a лепестка при вызове вращательного движения дуги, каждый вырез 2a1, 2a2 или 3a1, 3a2 может содержать первую оконечную часть 2a3, 3a3, которая закрыта и примыкает к центру (C), вторую оконечную часть 2a4, 3a4, которая открыта и примыкает к внешней периферийной поверхности подвижного контакта 2 или неподвижного контакта 3, причем первая часть 2a1, 3a1 выреза проходит линейно от первой оконечной 2a3, 3a3 части, и вторая часть 2a2, 3a2 выреза переходит линейно во вторую оконечную часть 2a4, 3a4, изгибаясь от первой части 2a1, 3a1 выреза под заданным углом.
Другими словами, в соответствии с признаком настоящего изобретения, часть 2a1, 2a2 или 3a1, 3a2 выреза может содержать часть выреза, проходящую линейно, и другую часть выреза, проходящую с изгибом от части выреза под заданным углом (θ), и, таким образом, множество лепестков 2a, 3a, сформированных парой смежных вырезов 2a1, 2a2 или 3a1, 3a2, могут формировать конфигурацию вращающегося крыла, чтобы вызывать вращение дуги, и также механическая хрупкость части, имеющей малую ширину, в лепестке 2a, 3a может быть минимизирована при конфигурации, в которой части выреза проходят линейно и изгибаются. Здесь заданный угол (θ), предпочтительно, может быть больше или равен 30 градусам и меньше или равен 60 градусам.
Как показано на фиг.8 и 9, вакуумный прерыватель согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения может содержать центральную углубленную часть (C1) контакта, сформированную в конфигурации выемки с заданным диаметром (d) от центра (C) контакта.
Для сохранения механической прочности во время размыкания или замыкания контакта, расстояние от внешней периферийной поверхности центральной углубленной части (C1) контакта до первой части 2a1, 3a1 выреза составляет заданное первое расстояние (W1). Предпочтительно, заданное первое расстояние (W1) может быть больше нуля и меньше или равно 5 мм.
Указанный выше признак будет выражен следующим уравнением (1).
<mrow><mn>0</mn><mo><</mo><mi>W</mi><mn>1</mn><mo>≤</mo><mn>5</mn><mi>м</mi><mi>м</mi><mtext>           (1)</mtext></mrow>
Чтобы сохранить механическую прочность во время размыкания или замыкания контакта, для каждого выреза 2a1, 2a2 или 3a1, 3a2 расстояние от первой оконечной части 2a3, 3a3 до второй части 2a3, 3a2 выреза, смежной с его первой оконечной частью 2a3, 3a3, составляет заданное второе расстояние (W2). Здесь второе расстояние (W2), предпочтительно, может быть больше или равно 0,8 толщины контакта (ссылочная позиция "t" на фиг.9) и меньше или равно двум толщинам (t) контакта.
Указанный выше признак будет выражен следующим уравнением (2).
<mrow><mn>0,8</mn><mi>t</mi><mo>≤</mo><mi>W</mi><mn>2</mn><mo>≤</mo><mn>2</mn><mi>t</mi><mtext>           (2)</mtext></mrow>
Как показано на фиг.10, в вакуумном прерывателе согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения подвижный контакт 2 и неподвижный контакт 3 может быть соединен с подвижным электродом 1 и неподвижным электродом 4, расположенным в вакуумном прерывателе, как показано на фиг.1.
Далее работа вакуумного прерывателя, имеющего предшествующую конфигурацию согласно настоящему изобретению, будет описана главным образом со ссылками на фиг.11 и 12 и дополнительно со ссылками на фиг.8-10.
Сначала со ссылками на фиг.11 и 12 будут описаны условия и эффекты, при которых контакты вакуумного прерывателя согласно настоящему изобретению размыкаются и отделяются друг от друга для разрыва цепи на основе возникновения большого тока, такого как ток короткого замыкания в цепи электропитания, соединенной с вакуумным выключателем, включающим вакуумный прерыватель.
Продвижение от (a) до (e) на фиг.11 поясняет процедуру работы, в ходе которой контакты размыкаются и отделяются друг от друга.
В части (a) фиг.11 на ранней стадии, когда подвижный контакт 2 и неподвижный контакт 3 разомкнуты и отделены друг от друга, возникает дуга (А) в парах металла при отключении большого тока, и дуга (A) сжимается в форме колонны, будучи отталкиваемой наружу силой Лоренца между подвижным контактом 2 и неподвижным контактом 3, как описано выше со ссылками на фиг.2, и, таким образом, имеет в целом постоянное напряжение, как показано на фиг.12.
Впоследствии дуга (A) вращается вдоль контактной поверхности, имея при этом колеблющееся напряжение во время периода вращения дуги, как показано на чертежах, при увеличении расстояния между подвижным контактом 2 и неподвижным контактом 3, как показано частями (b), (c) и (d) фиг.11.
Впоследствии напряжение дуги (A) резко снижается во время периода полной дисперсии, как показано на фиг.12, и полностью рассеивается и исчезает, как показано частью (e) фиг.11.
В подвижном контакте 2 и неподвижном контакте 3 согласно настоящему изобретению, часть 2a1, 2a2 или 3a1, 3a2 выреза может содержать часть выреза, проходящую линейно, и другую часть выреза, проходящую от указанной части выреза, изгибаясь от части выреза под заданным углом (θ). Соответственно, множество лепестков 2a, 3a, сформированных парой смежных вырезов 2a1, 2a2 или 3a1, 3a2, могут формировать конфигурацию вращающегося крыла, чтобы вызывать вращение дуги, таким образом, уменьшая время размыкания и отделения и восстановления изоляции, а именно, полного отключения тока повреждения между подвижным контактом 2 и неподвижным контактом 3.
Кроме того, со ссылками на фиг.11 будут описаны условия и эффекты, при которых контакты вакуумного прерывателя согласно настоящему изобретению замыкаются для выполнения операции соединения цепи (замыкания) в цепи электропитания, соединенной с вакуумным выключателем, включающим вакуумный прерыватель.
Операция движения контактов вакуумного прерывателя согласно настоящему изобретению в закрытое положение обеспечивает перемещение подвижного контакта 2 и неподвижного контакта 3 в положение, где они соединены друг с другом, таким образом, функционируя в обратном порядке относительно операции размыкания и отделения, показанной на фиг.11E-11A. В результате, дуга (A) не возникает в ходе операции замыкания, как показано на фиг.11.
Хотя большая контактная нагрузка прилагается к подвижному контакту 2 и неподвижному контакту 3 в ходе операции замыкания, подвижный контакт 2 и неподвижный контакт 3 согласно настоящему изобретению имеют вырезы 2a1, 2a2 или 3a1, 3a2, сформированные линейно изогнутым образом и не имеют хрупкой части, имеющей малую ширину в лепестке 2a, 3a на контактной поверхности, и, таким образом, деформация или повреждение подвижного контакта 2 и неподвижного контакта 3 могут быть предотвращены, таким образом, с получением эффекта обеспечения хороших характеристик переключения и надежности работы и более продолжительного срока службы вакуумного прерывателя.
Кроме того, подвижный контакт 2 и неподвижный контакт 3 вакуумного прерывателя согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения могут также содержать центральную углубленную часть (C1) контакта, сформированную как выемка с заданным диаметром (ссылочная позиция “d” на фиг.9) от центра (C) контакта, и расстояние от внешней периферийной поверхности центральной углубленной части (C1) контакта до первой части 2a1, 3a1 выреза может быть заданным первым расстоянием (W1), таким образом, с получением эффекта поддержания механической прочности соответствующей части во время переключения контакта.
В контакте для вакуумного прерывателя согласно настоящему изобретению, заданное первое расстояние (W1) может быть больше нуля и меньше или равно 5 мм, что обеспечивает эффект поддержания механической прочности соответствующей части во время переключения контакта.
Кроме того, как показано на фиг.8, в контакте для вакуумного прерывателя согласно настоящему изобретению заданный угол (θ) может быть больше или равен 30 градусам и меньше или равен 60 градусам, чтобы вызвать вращательное движение дуги, таким образом, получая эффект быстрого гашения паров металла в дуге, а также уменьшения механической хрупкости части, имеющей малую ширину в части лепестка.
В контакте для вакуумного прерывателя согласно настоящему изобретению, для каждой части 2a1, 2a2 или 3a1, 3a2 выреза расстояние от первой оконечной части 2a3, 3a3 до второй части 2a3, 3a2 выреза, смежной с первой оконечной его частью 2a3, 3a3, может иметь заданное второе расстояние (W2), и, таким образом, механическая хрупкость части, имеющей малую ширину в лепестке 2a, 3a, может быть минимизирована, и деформация или повреждения вследствие удара при размыкании или замыкании контакта могут быть предотвращены, таким образом, получая эффект поддержания механической прочности контакта.
В контакте для вакуумного прерывателя согласно настоящему изобретению второе расстояние (W2), предпочтительно, может быть больше или равно 0,8 толщины (t) контакта и меньше или равно двум толщинам (t) контакта, и, таким образом, механическая хрупкость части, имеющей малую ширину в лепестке 2a, 3a, может быть минимизирована, и деформация или повреждение вследствие удара при размыкании или замыкании контакта могут быть предотвращены, таким образом, с получением преимущества поддержания механической прочности контакта.