Сильноточный выключатель с композиционными жидкометаллическими контактами

Авторы патента:

Устройство относится к электротехнике, в частности, к сильноточному аппаратостроению и может быть использовано при разработке сильноточных выключателей и разъединителей. Целью полезной модели являются: снижение переходного сопротивления, уменьшение потерь электроэнергии, уменьшение усилия нажатия и увеличение срока службы. Указанная цель достигается тем, что контактная система выключателя представляет собой неподвижные контакты имеющие контактирующие элементы в виде твердо-металлических выступов, подвижный мостиковый контакт имеющий углубления в виде стаканов с размещенными на дне стаканов композиционными жидкометаллическими контактами (КЖМК) в виде эластичных прокладок, пропитанных жидким металлом, закрытыми от разбрызгивания и окружающего воздуха диэлектрической перегородкой.

Существует сильноточный выключатель имеющий контактную систему в виде серебряных роликовых контактов [1].

Недостатком этого выключателя являются: использование дорогого, дефицитного серебра для изготовления роликовых контактов и небольшой срок службы.

Известен сильноточный выключатель имеющий контактную систему в виде медных твердо-металлических контактов [2].

Недостатком прототипа являются: высокое переходное сопротивление, большие потери электроэнергии, большое усилие нажатия и ограниченный срок службы выключателя.

Целью полезной модели являются: снижение переходного сопротивления, уменьшение потерь электроэнергии, уменьшение усилия нажатия и увеличение срока службы.

Указанная цель достигается тем, что контактная система выключателя представляет собой неподвижные контакты имеющие контактирующие элементы в виде твердо-металлических выступов, подвижный мостиковый контакт имеющий углубления в виде стаканов с размещенными на дне стаканов композиционными жидкометаллическими контактами (КЖМК) в виде эластичных прокладок, пропитанных жидким металлом, закрытыми от разбрызгивания и окружающего воздуха диэлектрической перегородкой.

Конструкция сильноточного выключателя дана на Фиг.1. Она состоит из неподвижных контактов 1 (имеющих контактирующий элемент 2 втулки 3 и водоохлаждаемый канал 4), подвижного мостикового контакта 5 (с углублением в виде стакана 6), диэлектрической перегородки 7, стопорной шайбы 8, эластичных прокладок, пропитанных жидким металлом 9, колец 10, водоохлаждаемого канала 11, траверсы 12. Траверса перемещается по направляющим 13 с помощью приводного механизма, состоящего из вала 14, кулачка 15, рычага 16, винтового стопорного механизма 17-19. Начальное нажатие на контакты осуществляется контактными пружинами.

Применение КЖМК позволило добиться уменьшения электрического сопротивления путем использования всей площади контактирования всей поверхности (при этом действительная площадь контактирования равна мнимой и сужений линий тока не происходит) и тем самым удалось свести практически до нуля электродинамические силы отброса (в моменты коммутации В-О), исключить такие явления, как сваривание и вибрация контактов, стабилизировать величину электрического сопротивления КЖМК при длительном нагреве до 150°С включительно.

Конструкция СКС представленная на Фиг.1 состоит из неподвижных контактов 1 (имеющих контактирующий элемент 2 втулки 3 и водоохлаждаемый канал 4), подвижного мостикового контакта 5 (с углублением в виде стакана 6), диэлектрической перегородки 7, стопорной шайбы 8, эластичных прокладок, пропитанных жидким металлом 9, колец 10, водоохлаждаемого канала 11, траверсы 12. Траверса перемещается по направляющим 13 с помощью приводного механизма, состоящего из вала 14, кулачка 15, рычага 16, винтового стопорного механизма 17-19. Начальное нажатие на контакты осуществляется контактными пружинами.

Выключатель работает следующим образом: включение происходит в результате поворота рычага 16, который закреплен на валу 14. При этом траверса 12 с расположенным на ней подвижным мостиковым контактом 5 перемещается в вертикальном направлении по направляющим 13 под действием кулачка 15, закрепленного на валу 14. В начальный момент касания контактное нажатие создают контактные пружины 20, при этом контактирующий элемент 2 неподвижных контактов 1 входит в стакан 6 (с размещенными на дне эластичными, пропитанными жидким металлом прокладками 9) подвижного мостикового контакта 5.

В контакте хода подвижного мостикового контакта 5 винтовой механизм 17 входит в зацепление со смазкой втулки 18. При повороте рычага 16 по часовой стрелке осуществляются дополнительное поджатие контактирующего элемента 2 неподвижных контактов 1, эластичных прокладок 9 и их жидкая фиксация во включенном положении с помощью винта 17 и втулки 18.

Технико-экономический эффект предполагаемого технического решения состоит в снижении стоимости выключателя, упрощении его конструкции, уменьшении его переходного электрического сопротивления, повышении надежности и увеличении срока службы.

Переходное сопротивление уменьшается, во-первых, потому что действительная площадь контактирования элемента неподвижных контактов равна мнимой площади контактирования в стакане подвижного мостикового контакта в результате использования

эластичных прокладок 9. Это происходит вследствии того, что в момент включения контактная поверхность контактирующего элемента всей своей площадью соприкасается с прокладками. Усилие нажатия при этом практически не требуется, сужений линий тока не происходит. Во-вторых, нижняя часть контактирующего элемента имеет форму полушара, что существенно увеличивает площадь контактирования с эластичными прокладками, особенно при увеличении контактного нажатия с помощью стопорного механизма 17-19, при этом контактирующий элемент всей своей нижней частью - полушаром полностью входит в эластичные прокладки.

Более высокая надежность разработанного выключателя по сравнению с прототипом обусловлена следующими причинами:

- Не используется масляная защита контактов, следовательно, устраняется пожароопасность из-за возможного перегрева трансформаторного масла;

- Конструкция привода содержит меньшее количество деталей;

- Стопорный механизм 17-19 обеспечивает жесткую фиксацию контактов во включенном положении, то есть исключается возможность самопроизвольного отключения ЭА;

Увеличение срока эксплуатации происходит благодаря:

- Использованию для контактирования эластичных прокладок, пропитанных жидким металлом, в стакане, защищенном от внешней среды диэлектрическим материалом, что позволяет увеличить количество операций В-О более чем на 1000;

- Применение диэлектрической перегородки, фиксируемой с помощью стопорных шайб, что предотвращает разбрызгивание жидкого металла в моменты коммутации и его окисления из-за работы аппарата в агрессивной среде электролизных цехов;

- Отсутствие электродинамических сил отброса, вследствие чего снижается возможность поломки аппарата;

Сильноточный выключатель, состоящий из неподвижных контактов, подвижного мостикового контакта, винтового стопорного механизма, отличающийся тем, что, с целью снижения переходного сопротивления, уменьшения потерь электроэнергии, небольшого усилия нажатия и увеличения срока службы, неподвижные контакты имеют контактирующие элементы в виде твердо-металлических выступов, подвижный мостиковый контакт, имеющий углубления в виде стаканов с размещенными на дне стаканов композиционными жидкометаллическими контактами (КЖМК) в виде эластичных прокладок, пропитанных жидким металлом, закрытыми от разбрызгивания и окружающего воздуха диэлектрической перегородкой.