КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ ПОСТОЯННОГО ТОКА
DC SWITCHGEAR

Изобретение касается коммутационного аппарата постоянного тока согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Коммутационные аппараты для коммутации постоянных токов собственно известны. Однако применение постоянного тока в течение долгого времени было, как правило, ограничено областью малых мощностей, в которой почти не возникали проблемы при коммутации постоянных токов.
С начала распространения применения фотогальваники, а также систем резервных аккумуляторов высокой мощности для серверных установок для электронной обработки данных требуется также коммутировать постоянные токи более высокого напряжения и мощности. При этом известные коммутационные аппараты переменного тока оказались во многих отношениях непригодными. Так, при коммутации постоянных токов с помощью переключателя переменного тока даже при напряжениях и токах намного ниже максимальных пределов мощности переменного тока упомянутого переключателя переменного тока может произойти его полное повреждение. В дальнейшем, наряду с выходом из строя электрической установки, это может также привести к пожару.
Поэтому задачей изобретения является предложить коммутационный аппарат постоянного тока вышеназванного рода, с помощью которого могут предотвращаться вышеназванные недостатки, и с помощью которого могут надежно коммутироваться постоянные токи высокой мощности.
В соответствии с изобретением это достигается с помощью признаков п.1 формулы изобретения.
Благодаря этому может создаваться коммутационный аппарат постоянного тока, который обладает высокой коммутационной способностью при постоянных токах, и который поэтому пригоден к коммутации постоянных токов высокой мощности. Такого рода коммутационный аппарат постоянного тока обладает высокой надежностью, в частности в отношении теплового разрушения.
Зависимые пункты формулы изобретения касаются других предпочтительных вариантов осуществления изобретения.
Настоящим непосредственно делается ссылка на дословный текст пунктов формулы изобретения, при этом пункты формулы изобретения путем ссылки включены таким образом в описание и считаются воспроизведенными дословно.
Изобретение описывается подробнее со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых в качестве примера изображены только предпочтительные варианты осуществления. При этом показано:
фиг. 1 - один из особенно предпочтительных вариантов осуществления конкретного коммутационного аппарата постоянного тока на виде в плане, частично в разрезе;
фиг. 2 - дугогасительная система коммутационного аппарата постоянного тока в соответствии с фиг. 1 в аксонометрическом изображении; и
фиг. 3 - дугогасительная система в соответствии с фиг. 2 на виде в плане в разрезе.
На фиг. 1-3 показан один из особенно предпочтительных вариантов осуществления коммутационного аппарата 1 постоянного тока, или, соответственно, дугогасительная система 6 такого коммутационного аппарата 1 постоянного тока, при этом коммутационный аппарат 1 постоянного тока имеет по меньшей мере один электрический вход 2, а также по меньшей мере один электрический выход 3, а также имеет по меньшей мере один первый коммутационный контакт 4, один второй коммутационный контакт 5 и один подвижный мостиковый контакт 20, причем электрическая цепь соединена электропроводящим соединением от входа 2 к выходу 3, когда первый коммутационный контакт 4 и второй коммутационный контакт 5 соединены проводящим соединением посредством мостикового контакта 20, при этом коммутационный аппарат 1 постоянного тока имеет также дугогасительную систему 6, причем эта дугогасительная система 6 имеет первую дугогасительную камеру 7 и вторую дугогасительную камеру 8, включающие в себя по несколько гасительных плоских электродов 9, и при этом коммутационный аппарат 1 постоянного тока имеет магнитную систему 10, которая выполнена таким образом, что на каждую из обусловленных процессом коммутации электрических дуг 11 в первой дугогасительной камере 7 и во второй дугогасительной камере 8 действует сила 12 Лоренца в направлении гасительных плоских электродов 9.
Благодаря этому может создаваться коммутационный аппарат 1 постоянного тока, который обладает высокой коммутационной способностью при постоянных токах, и который поэтому пригоден к коммутации постоянных токов высокой мощности. Такого рода коммутационный аппарат 1 постоянного тока обладает высокой надежностью, в частности в отношении теплового разрушения.
Настоящее изобретение касается коммутационных аппаратов, которые предусмотрены и специально выполнены для коммутации постоянных токов. В частности, изобретение касается коммутационных аппаратов 1 постоянного тока, которые предусмотрены и выполнены для коммутации согласно назначению высоких напряжений в пределах нескольких сотен Вольт, например, коммутационного напряжения, составляющего примерно 600 В, а также токов в двухзначном амперном диапазоне.
Ниже изобретение описывается подробнее на одном из предпочтительных вариантов осуществления коммутационного аппарата 1 постоянного тока, имеющего один единственный коммутационный участок. Но могут быть также предусмотрены варианты осуществления, имеющие несколько параллельных коммутационных участков.
Настоящий коммутационный аппарат 1 постоянного тока имеет электрический вход 2, а также электрический выход 3, которые предпочтительно выполнены в виде винтовых клемм, как изображено также на фиг. 1. Кроме того, коммутационный аппарат 1 постоянного тока имеет корпус из изоляционного материала.
Коммутационный аппарат 1 постоянного тока имеет один единственный коммутационный участок, при этом, однако, предусмотрено двойное прерывание этого единственного коммутационного участка. Предпочтительно предусмотрено, что первый и второй коммутационный контакт 4, 5 установлены неподвижно относительно корпуса и могут соединяться электропроводящим соединением с помощью подвижного мостикового контакта 20, благодаря чему образуется электропроводящая электрическая цепь от входа 2 к выходу 3. При этом предусмотрена возможность ручного управления положением мостикового контакта 20 с помощью рычага 19 переключателя. Предпочтительно предусмотрено, что рычаг 19 переключателя через механизм мгновенного включения воздействует на мостиковый контакт 20 для достижения мгновенного размыкания и замыкания коммутационного участка. Может быть также предусмотрено выполнение настоящего коммутационного аппарата 1 постоянного тока в виде так называемого автоматического выключателя, который имеет один или несколько расцепителей, например, расцепитель максимального тока и/или расцепитель короткого замыкания. Кроме того, предпочтительно предусмотрено, что коммутационный аппарат 1 постоянного тока имеет защелку, в частности при выполнении его в виде автоматического выключателя.
При замкнутых коммутационных контактах течение тока через изображенный коммутационный аппарат 1 осуществляется от электрического входа 2 к первому коммутационному контакту 4, от него через мостиковый контакт 20 ко второму коммутационному контакту 5 и от него дальше к электрическому выходу 3. Даже если мостиковый контакт 20 имеет при этом две выполненные в виде электрических контактов области для контактирования с первым коммутационным контактом 4 и вторым коммутационным контактом 5, в контексте конкретной заявки он называется просто мостиковым контактом 20. Может быть также предусмотрено, чтобы первый коммутационный контакт 4 и второй коммутационный контакт 5 также были выполнены в виде подвижных электрических контактов.
Коммутационный аппарат 1 постоянного тока имеет дугогасительную систему 6 для гашения электрических дуг 11, которые возникают в ходе процесса коммутации. Тем самым обеспечивается предотвращение протекания тока через коммутационный аппарат 1 постоянного тока, обусловленное так называемыми «постоянными» электрическими дугами 11 и, кроме того, повреждение коммутационного аппарата 1 постоянного тока вследствие теплового воздействия электрических дуг 11. Такого рода электрические дуги 11 возникают, в частности, в процессе выключения. При этом «процессом выключения» называется отсоединение мостикового контакта 20 от первого и второго коммутационного контакта 4, 5 для прекращения протекания тока через коммутационный аппарат 1 постоянного тока. Физические взаимосвязи при зажигании электрической дуги описаны в законе электромагнитной индукции.
На фиг. 2 показан один из предпочтительных вариантов осуществления дугогасительной системы 6. На изображении согласно фиг. 2 изображены первый коммутационный контакт 4 и второй коммутационный контакт 5, причем они, однако, изображены без какого-либо другого контактирования для наглядного пояснения только их расположения относительно каждой из дугогасительных камер 7, 8. То же самое относится к мостиковому контакту 20, также изображенному на фиг. 2.
Дугогасительная система 6 имеет первую дугогасительную камеру 7 и вторую дугогасительную камеру 8. При этом предпочтительно предусмотрено, что первая дугогасительная камера 7 предусмотрена для первого коммутационного контакта 4, и что вторая дугогасительная камера 8 предусмотрена для второго коммутационного контакта 5. Термин «предусмотрена» в этом контексте означает расположение соответствующей дугогасительной камеры 7, 8 напротив указанного коммутационного контакта 4, 5 таким образом, чтобы электрическая дуга 11, возникающая на коммутационном контакте 4, 5, находила свой путь в или, соответственно, к соответствующей дугогасительной камере 7, 8. На фиг. 2 показаны оба коммутационных контакта 4, 5 в области соответствующих дугогасительных камер 7, 8.
Предпочтительно, как в изображенном варианте осуществления, предусмотрено, что первая дугогасительная камера 7 и вторая дугогасительная камера 8 расположены в коммутационном аппарате 1 постоянного тока параллельно рядом друг с другом, как изображено на фиг .2 и 3.
Предпочтительно предусмотрено, что с первым коммутационным контактом 4, а также со вторым коммутационным контактом 5 в каждом случае электропроводящим соединением соединено по одной направляющей 18 для электрической дуги, которые расположены в дугогасительной системе 6 напротив гасительных плоских электродов 9, то есть в соответствующей дугогасительной камере 7, 8. На фиг. 1-3 изображена только направляющая 18 для электрической дуги, соединенная с первым коммутационным контактом 4.
В первой дугогасительной камере 7 и второй дугогасительной камере 8 расположено по нескольку гасительных плоских электродов 9. При этом гасительные плоские электроды расположены предпочтительно по существу нормально к направляющей 18 для электрической дуги. При этом всегда по меньшей мере один гасительный плоский электрод 9 первой дугогасительной камеры 7 соединен электропроводящим соединением с гасительным плоским электродом 9 второй дугогасительной камеры 8.
Если при протекании тока через коммутационный аппарат 1 постоянного тока мостиковый контакт 20 отодвигается от первого коммутационного контакта 4 и второго коммутационного контакта 5, возникает электрическая дуга 11 от первого коммутационного контакта 4 к мостиковому контакту 20, а также другая электрическая дуга 11 от мостикового контакта 20 ко второму коммутационному контакту 5. При определенной длине перемыкаемого электрическими дугами 11 воздушного промежутка они перескакивают к гасительным плоским электродам 9 дугогасительных камер 7, 8. При этом оказалось, что существующие в этот момент времени электрические дуги 11 обладают удивительной стабильностью, и возможно, что эти электрические дуги 11 сохраняются на соответствующих гасительных плоских электродах 9, с которыми они контактируют, пока не произойдет тепловое разрушение коммутационного аппарата 1 постоянного тока. Эта проблема в технике переменного тока в этом виде не известна, так как вследствие постоянно происходящих прохождений через нуль подаваемого напряжения происходит быстрое гашение возникающих электрических дуг переменного тока.
Поэтому предусмотрено, что коммутационный аппарат 1 постоянного тока имеет магнитную систему 10, которая выполнена таким образом, чтобы на каждую из электрических дуг 11, обусловленных процессом коммутации, в первой дугогасительной камере 7 и во второй дугогасительной камере 8 действовала сила 12 Лоренца в направлении гасительных плоских электродов 9. То есть, чтобы на соответственно возникающие электрические дуги 11 действовала сила 12 Лоренца, которая ускоряет электрическую дугу 11 в первой дугогасительной камере 7 и электрическую дугу 11 во второй дугогасительной камере 8 всегда в направлении гасительных плоских электродов 9 и буквально прижимает электрические дуги 11 к гасительным плоским электродам 9 или, соответственно, в промежутки между гасительными плоскими электродами 9.
Так как электрическая дуга 11 представляет собой движущиеся электрические заряды, в магнитном поле на нее действуют также соответствующие силы. Другими словами, предусмотрено, что магнитная система 10 создает магнитное поле, которое в области электрических дуг 11 является нормальным к продольной протяженности электрических дуг 11. Это изображено, например, на фиг. 3, на которой показан один из особенно предпочтительных вариантов осуществления конкретного изобретения. При этом на фиг. 3 обе электрические дуги 11 изображены в виде векторов, проекции которых расположены на плоскости сечения, а также действующие в каждом случае силы 12 Лоренца или, соответственно, F. Области, в которых возникают электрические дуги 11, а также их направление, заданы конструкцией коммутационного аппарата 1 постоянного тока или, соответственно, могут определяться конструкцией коммутационного аппарата 1 постоянного тока.
Может быть предусмотрен любой вид расположения магнитов в магнитной системе 10, который пригоден для достижения приведенной функции. Предпочтительно предусмотрено, что магнитная система 10 имеет по меньшей мере один первый магнит 13 и один второй магнит 14, в частности, что магнитная система 10 имеет точно один первый магнит 13 и один второй магнит 14. Благодаря этому в системе, имеющей две отдельные дугогасительные камеры 7, 8 достижимо очень хорошее воздействие при низкой трудоемкости конструкции.
Особенно просто реализуемым вариантом осуществления конкретного изобретения оказалось, когда первый магнит 13 и второй магнит 14 расположены в коммутационном аппарате 1 постоянного тока с обращенными друг к другу полюсами одинаковой полярности. То есть, первый магнит 13 и второй магнит 14 расположены, например, всегда таким образом, что их северные полюса направлены друг к другу, поэтому эти два магнита 13, 14 отталкиваются.
При этом оказалось предпочтительным выполнить первый магнит 13 и второй магнит 14 каждый в виде плоских или, соответственно, плоскостных магнитов с очень малой толщиной, полюса которых всегда выполнены на верхних поверхностях. То есть, одна из двух поверхностей по всей площади является южным полюсом, а другая поверхность северным полюсом. Предпочтительно используемые магниты представляют собой каждый постоянные магниты.
Особенно предпочтительным оказалось расположение первого магнита 13 сбоку на первой дугогасительной камере 8, а также второго магнита 14 сбоку на второй дугогасительной камере 8, благодаря чему может достигаться очень равномерное распределение магнитного поля в обеих дугогасительных камерах 7, 8.
Оказалось особенно предпочтительным, в частности в отношении изготовления, чтобы первый магнит 13 и второй магнит 14 были расположены между первой дугогасительной камерой 7 и второй дугогасительной камерой 8. При этом оба магнита 13, 14 расположены в перемычке 15 между двумя дугогасительными камерами 7, 8, как это изображено на фиг. 3. На фиг. 2 отчетливо видна выполненная таким образом перемычка 15. К тому же благодаря этой перемычке 15 между двумя дугогасительными камерами 7, 8 получается расстояние, которое повышает тепловую нагрузочную способность всей дугогасительной системы 6.
Для достижения равномерного магнитного поля B в обеих дугогасительных камерах 7, 8 по одному из предпочтительных вариантов осуществления предусмотрено, что снаружи вокруг первой дугогасительной камеры 7 и второй дугогасительной камеры 8 в отдельных областях расположено по U-образной скобе 16, 17. При этом, в частности, и как изображено на фиг.3, предусмотрено, что обращенные друг к другу полки этих двух скоб 16, 17 в области перемычки 15 расположены, прилегая друг к другу, и всегда непосредственно прилегая к этим полкам расположены первый или, соответственно, второй магнит. Обе скобы 16, 17 выполнены из ферромагнитного материала.