ВАКУУМНАЯ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩАЯ ЛАМПА
VACUUM SWITCHING LAMP

Изобретение относится к вакуумной переключающей лампе с корпусом, который имеет два размещенных и выполненных симметрично относительно средней плоскости участка корпуса из изолирующего материала, причем каждый из обоих участков корпуса из изолирующего материала включает в себя несколько частей корпуса из изолирующего материала.
Подобная вакуумная переключающая лампа известна из DE 10029763В4. Описанная там вакуумная схема содержит корпус, который имеет два размещенных и выполненных симметрично относительно средней плоскости участка корпуса из изолирующего материала. При этом каждый из обоих участков корпуса из изолирующего материала включает в себя несколько частей корпуса из изолирующего материала, в случае DE 10029763В4 две части корпуса из изолирующего материала предусмотрены в форме керамических цилиндров для каждого из обоих участков корпуса из изолирующего материала. При этом длина отдельных частей корпуса из изолирующего материала определяется максимально диэлектрической нагрузкой вакуумной переключающей лампы соответственно расчетному напряжению, на которое рассчитывается вакуумная переключающая лампа, а также в зависимости от внутренней геометрии вакуумной переключающей лампы и емкостных связей с внешними элементами, например, заземленным корпусом силового выключателя, в котором применяется вакуумная переключающая лампа. Длина отдельных частей корпуса из изолирующего материала при этом рассчитывается таким образом, что вакуумная переключающая лампа имеет требуемую электрическую прочность.
Задачей настоящего изобретения является дополнительно усовершенствовать вакуумную переключающую лампу вышеназванного типа, которая при высокой диэлектрической прочности имеет компактную конструкцию.
В соответствии с изобретением это решается в вакуумной переключающей лампе вышеназванного типа тем, что часть корпуса из изолирующего материала каждого участка корпуса из изолирующего материала, размещенная наиболее удаленно от средней плоскости, имеет длину, которая больше, чем длина других частей корпуса из изолирующего материала.
Большая длина частей корпуса из изолирующего материала, размещенных наиболее удаленно от средней плоскости, каждого участка корпуса из изолирующего материала вакуумной переключающей лампы является предпочтительной, потому что распределение потенциалов, устанавливающееся по вакуумной переключающей лампе в осевом направлении, в соответствии с изобретением, распределяется по вакуумной переключающей лампе не линейно, а части корпуса из изолирующего материала, размещенные наиболее удаленно от средней плоскости, испытывают большее напряжение. Это объясняется тем, что разности потенциалов, приходящиеся на часть корпуса из изолирующего материала, постепенно увеличиваются от одного конца вакуумной переключающей лампы до другого конца вакуумной переключающей лампы, так что последняя часть корпуса из изолирующего материала испытывает наибольшую нагрузку. В системах переменного тока, кроме того, полярность приложенных к лампе потенциалов изменяется так, что обе части корпуса из изолирующего материала, размещенные наиболее удаленно от средней плоскости вакуумной переключающей лампы, попеременно испытывают наибольшие нагрузки. Поэтому длина этих частей корпуса из изолирующего материала, размещенных наиболее удаленно от средней плоскости, определяется из требуемой диэлектрической прочности или электрической прочности, которой должна соответствовать вакуумная переключающая лампа. Другие части корпуса из изолирующего материала, которые имеют меньшее удаление от средней плоскости вакуумной переключающей лампы, испытывают меньшую диэлектрическую нагрузку и поэтому могут иметь меньшую длину, так что при подобным образом выполненной вакуумной переключающей лампе обеспечивается возможность компактной конструкции при одновременной высокой диэлектрической прочности вакуумной переключающей лампы. При этом средняя плоскость в смысле заявленного изобретения является плоскостью, проходящей перпендикулярно к продольной оси вакуумной переключающей лампы, относительно которой корпус вакуумной переключающей лампы выполнен по существу симметричным, причем корпус, наряду с частями корпуса из изолирующего материала, содержит металлические части крышки, в форме, известной для вакуумной переключающей лампы, через которые проходят контактные выводы для неподвижного контакта и подвижного контакта вакуумной переключающей лампы внутрь вакуумной переключающей лампы. Части корпуса из изолирующего материала предпочтительным образом выполнены в форме керамических цилиндров.
В предпочтительной форме осуществления изобретения дополнительные части корпуса из изолирующего материала с уменьшающимся удалением от средней плоскости имеют уменьшающуюся длину. Подобное уменьшение длины дополнительных частей корпуса из изолирующего материала приводит простым способом к дополнительно компактной конструкции вакуумной переключающей лампы при высокой диэлектрической прочности, потому что диэлектрические нагрузки с уменьшающимся расстоянием до средней плоскости вакуумной переключающей лампы становятся меньше, так что требования к длине частей корпуса из изолирующего материала также снижаются.
В особенно предпочтительной форме осуществления изобретения, длины дополнительных частей корпуса из изолирующего материала вычисляются из длины наиболее удаленно расположенных частей корпуса из изолирующего материала согласно соотношению:
<mrow><mi>L</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>≥</mo><mi>p</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><msub><mi>L</mi><mi>N</mi></msub></mrow>
<mrow><mi>p</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>≅</mo><mfrac><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mi>x</mi><mo>−</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac></mrow>
при
где N - общее число частей корпуса из изолирующего материала вакуумной переключающей лампы,
и
<mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><mi>N</mi><mo>,</mo><mi>N</mi><mo>−</mo><mn>1...</mn><mfrac><mi>N</mi><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow>
Подобное определение длины дополнительных частей корпуса из изолирующего материала посредством вычисления из длины наиболее удаленно расположенных частей корпуса из изолирующего материала получено из множества экспериментов и опытов как наилучшее определение длины дополнительных частей корпуса из изолирующего материала в зависимости от длины наиболее удаленно расположенных частей корпуса из изолирующего материала, с помощью которого наилучшим образом выполняются требования к диэлектрической прочности и компактности вакуумной переключающей лампы.
В другом осуществлении изобретения между частями корпуса из изолирующего материала закреплены экраны от пара и/или элементы управления полем. Посредством подобных экранов от пара и элементов управления полем, которые закреплены между частями корпуса из изолирующего материала и расположены внутри вакуумной переключающей лампы, простым способом гарантируется экранирование частей корпуса из изолирующего материала от напыления парами металла, возникающими вследствие процесса переключения.
В другом предпочтительном выполнении изобретения между участками корпуса из изолирующего материала предусмотрена металлическая часть корпуса. Подобная металлическая часть корпуса также является предпочтительной для повышения электрической прочности вакуумной переключающей лампы.
Изобретение далее поясняется более подробно на основании примера выполнения со ссылками на чертеж, где показано схематичное поперечное сечение соответствующей изобретению вакуумной переключающей лампы.
1
2
3
На чертеже показана вакуумная переключающая лампа 1 с неподвижным контактом 2 и болтом 3 клеммы неподвижного контакта, а также подвижным контактом 4 и болтом 5 клеммы подвижного контакта. Болт 3 клеммы неподвижного контакта при этом вакуумплотно выводится через первую металлическую часть 6 крышки вакуумной переключающей лампы, болт 5 клеммы подвижного контакта через вторую металлическую часть 7 крышки с помощью сильфона 8 подвижным образом вакуумплотно выводится из вакуумной переключающей лампы, так что система контактов выполнена из неподвижного контакта 2 и подвижного контакта 4 для переключения тока, проводимого через болты 3 и 5 клемм неподвижного контакта и подвижного контакта, например, силового выключателя, в котором движение привода наглядно не показанного на чертеже приводного блока может вводиться в болт 5 клеммы подвижного контакта для замыкания или отпирания системы контактов из неподвижного контакта 2 и подвижного контакта 4. Вакуумная переключающая лампа 1 имеет, кроме того, части корпуса в форме частей 9, 10, 11 и 12, 13 и 14 корпуса из изолирующего материала, которые выполнены в форме керамических цилиндров, причем между частями 11 и 14 корпуса из изолирующего материала в примере выполнения предусмотрена металлическая часть 15 корпуса, которая размещена в области системы контактов из неподвижного контакта 2 и подвижного контакта 4. Корпус вакуумной переключающей лампы 1 относительно средней плоскости S выполнен и расположен по существу симметрично, причем части 9, 10 и 11 корпуса из изолирующего материала образуют первый участок 16 корпуса из изолирующего материала, а части 12, 13 и 14 корпуса из изолирующего материала образуют второй участок 17 корпуса из изолирующего материала, так что, иными словами, участки 16 и 17 корпуса из изолирующего материала выполнены и расположены симметрично относительно средней плоскости S. При этом «симметрично» в смысле примера выполнения означает, что части 9 и 12 корпуса из изолирующего материала имеют одинаковую длину L, части 10 и 13 корпуса из изолирующего материала имеют одинаковую длину L, и части 11 и 14 корпуса из изолирующего материала имеют одинаковую длину L, и участки 16 и 17 корпуса из изолирующего материала имеют одинаковое расстояние от средней плоскости S. При этом между двумя смежными частями корпуса из изолирующего материала, а также на граничных участках между частями корпуса из изолирующего материала и первыми и вторыми металлическими участками 6 и 7 крышки размещены и вакуумплотно закреплены предусмотренные внутри вакуумной переключающей лампы 1 экраны от пара и/или элементы 18-25 управления полем. Экраны от пара и/или элементы 18-25 управления полем служат для экранирования частей корпуса из изолирующего материала от напыления парами металла, возникающими вследствие процесса переключения из-за обгорания контактов.
1
1
2
3
1
Представленная в примере выполнения вакуумная переключающая лампа в системе переменного тока испытывает установление потенциала в осевом направлении, причем распределение потенциала возрастает от одного конца лампы к другому концу, так что последняя керамика нагружена наиболее сильно. В зависимости от полярности, в случае вакуумной переключающей лампы 1, это части 9 или 12 корпуса из изолирующего материала, которые имеют, следовательно, максимальную длину L, так как они являются расположенными наиболее удаленно от средней плоскости частями корпуса из изолирующего материала каждого участка корпуса из изолирующего материала. Поэтому длина L определяется из требований к диэлектрической прочности вакуумной переключающей лампы, а также расчетному напряжению, а также внешних условий, например, емкостных связей с заземленным корпусом вмещающего силового выключателя. Длина L или Lчастей 10 и 13 или 11 и 14 корпуса из изолирующего материала определяется из длины L частей 9 и 12 корпуса из изолирующего материала согласно формуле:
N
L(x)≥p(x)·L,
причем N - число керамических элементов, в случае примера выполнения 6, и причем р(х) является коэффициентом масштабирования, который определяется из условия:
р(x)≅(2x-1)/(2N-1), причем х может принимать значения N, N-1, …N/2+1
так что в примере выполнения, представленном на чертеже для N=6, по причинам симметрии, х принимает значения 6, 5 и 4, и длины частей 9 и 12, а также 10 и 13, или 11 и 14 корпуса из изолирующего материала, тоже по причинам симметрии относительно средней плоскости S, равны, причем коэффициент масштабирования равен
р(6)=1=р(1) и р(5)=р(2)=9/11 и р(4)=р(3)=5/11
2
1
2
1
На основе приведенных выше формул получается, таким образом, для длины L=0,81*L и для длины L=0,45*L.
Перечень ссылочных позиций
1 вакуумная переключающая лампа
2 неподвижный контакт
3 болт клеммы неподвижного контакта
4 подвижный контакт
5 болт клеммы подвижного контакта
6 первая металлическая часть крышки
7 вторая металлическая часть крышки
8 сильфон
9-14 части корпуса из изолирующего материала/керамические цилиндры
15 металлическая часть корпуса
16 первый участок корпуса из изолирующего материала
17 второй участок корпуса из изолирующего материала
18-25 экраны от пара или элементы управления полем
1
L длина частей 9 и 12 корпуса из изолирующего материала
2
Lдлина частей 10 и 13 корпуса из изолирующего материала
3
L длина частей 11 и 14 корпуса из изолирующего материала
S средняя плоскость/ось симметрии