Дугогасительная камера для контактора и быстродействующего выключателя

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к конструкциям силовых электропневматических контакторов или быстродействующих выключателей. Задачей настоящей полезной модели является уменьшение выброса напряжения в процессе гашения электрической дуги в дугогасительной камере при предельных значениях питающей сети. Поставленная задача решается дугогасительной камерой для контактора или быстродействующего выключателя, представляющей собой плоскощелевую дугогасительную камеру с двумя полюсами, а также перегородками, располагающимися между двумя наружными стенками, отличающуюся тем, что величина зазора L_з между перегородками определяется формулой 1,1 L_п<L _з<1,3 L_п, где L_п - толщина перегородки. Кроме того, камера имеет деионную решетку.

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к конструкциям силовых электропневматических контакторов для электропоездов.

Известна дугогасительная камера для контактора с двумя внутренними перегородками [1], в которой для увеличения эффективности гашения электрической дуги при колебаниях напряжения питания в контакторе площадь S_п поверхности каждого полюса определяется по формуле: 1/5 S_к<S _п<3/5 S_к, где S_к - площадь боковой стенки камеры, а величина зазора L₃ между соседними перегородками определяется формулой: L_п>L₃ >1/3 L_п, где L_п - толщина перегородки. Однако это известное устройство при выключении дуги создает повышенное перенапряжение, близкое по величине значению электрической прочности изоляции материала дугогасительной камеры, что приводит к недостаточной надежности и долговечности дугогасительной камеры при максимальных значениях напряжения питающей сети постоянного тока, создает условия для пробоя изоляции в электрооборудовании поезда и ухудшает качество сети.

Задачей настоящей полезной модели является уменьшение выброса напряжения в процессе гашения электрической дуги в дугогасительной камере при предельных значениях питающей сети.

Поставленная задача решается применением дугогасительной камеры для контактора, представляющей собой плоскощелевую дугогасительную камеру с деионной решеткой, двумя полюсам, а также перегородками, располагающимися между двумя наружными стенками, отличающуюся тем, что величина зазора L₃ между перегородками определяется формулой 1,1 L_п<L₃<1,3 L_п, где L_п - толщина перегородки.

На рис.1 схематично представлена конструкция дугогасительной камеры 1 с двумя полюсами 2 и перегородками 3, между которыми образованы зазоры 4. Внешний объем дугогасительной камеры образован стенками 6.

При выключении контактора или быстродействующего выключателя, между полюсами 2 дугогасительной камеры 1 возникает мощное, направленное магнитное поле, которое растягивает электрическую дугу, направляя ее в щели между перегородками 3 и стенками 6 дугогасительной камеры 1. Перемещаясь между перегородками, дуга отдает им часть тепловой энергии, что обеспечивает охлаждение дуги. Двигаясь под действием магнитного поля в сторону деионной решетки, дуга растягивается и, попадая на деионную решетку 5, гаснет.

За счет подбора оптимальных соотношений зазора между соседними перегородками, стенками L₃ и толщиной перегородки L_п снижается выброс перенапряжения в процессе гашения электрической дуги при предельных значениях питающей сети. Величина зазора L₃ между соседними перегородками и стенками определяется формулой: 1,1 L_п <L₃<1,3 L_п, где L_п - толщина перегородки.

Указанные соотношения определены экспериментально в результате испытаний.

Описание испытанных дугогасительных камер: 1, 2, 3, 7

Камеры дугогасительные плоскощелевые (трехщелевые) для контакторов, с деионной решеткой, стенки изготовлены из композитного безасбестового стеклопластика.

Размеры элементов конструкции дугогасительных камер 1, 2, 7 выполнены в соответствии с требованиями к интервалу: 1,1 L_п<L₃<1,3 L_п и указаны в Таблице 1.

Размеры элементов конструкции дугогасительной камеры 3 выполнены в соответствии с требованиями к интервалу камеры - прототипа: L_п>L₃>1/3 L_п и указаны в Таблице 1. В качестве эталонной взята камера 3.

Таблица 1
Тип конструкции камеры	Толщина перегородок-Lп, мм.	Величина зазора- L3 мм.	Наименьшее значение L3 равное 1,1 Lп	Максимальное значение L3, равное 1,3 Lп
камера 1	6,0	6,7	6,6	7,8
камера 2	5,0	6,0	5,5	6,5
камера 7	5,0	5,5	5,5	6,5
камера 3	16,0	8,0	17,6	20,8

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

1) Испытания камер проводились при следующих режимах:

Режим 1.

Напряжение сети Uc=4,2 кВ постоянного тока;

Ток нагрузки I=500 А; Индуктивность L=17,5 мГн.

Режим 2.

Напряжение сети Uc=4,2 кВ постоянного тока;

Ток нагрузки 1=350 А; Индуктивность L=60 мГн.

ЗАДАЧА.

Сравнить величины выброса напряжения (на диаграммах обозначено - «Umax») и времени гашения дуги (на диаграммах - обозначено «Тгаш»), при испытаниях контактора 1КП006 на предельную отключающую способность в режиме 1 и режиме 2, оснащенного камерами 1, 2, 3, 7. Согласно ГОСТ 9219-85, значение выброса напряжения при отключении контактора не должно превышать 9 кВ.

Диаграммы процесса отключений контактора с испытуемыми дугогасительными камерами.

Диаграммы испытания камеры 3. Эталонная.

1 Режим испытаний: Напряжение сети Uc=4,2 кВ DC,

Ток нагрузки I=500 А,

Индуктивность нагрузки L=17,5 мГн.

Результат

Время гашения дуги Тгаш=26 мс, Выброс напряжения Umax=12,7 кВ

2. Режим испытаний: Напряжение сети Uc=4,2 кВ DC, Ток нагрузки I=350 А,

Индуктивность нагрузки L=60 мГн.

Результат

Время гашения дуги Тгаш=34 мс, Выброс напряжения Umax=10,5 кВ

Диаграммы испытания камеры 1

1. Режим испытаний: Напряжение сети Uc=4,2 кВ DC, Ток нагрузки I=500 А,

Индуктивность нагрузки L=17,5 мГн.

Результат

Время гашения дуги Тгаш=32 мс,

Выброс напряжения Umax=7,7 кВ

2. Режим испытаний: Напряжение сети Uc=4,2 кВ DC, Ток нагрузки I=350 А,

Индуктивность нагрузки L=60 мГн.

Результат

Время гашения дуги Тгаш=40 мс;

Выброс напряжения Umax=7,95 кВ

Диаграммы испытания камеры 2

1 Режим испытаний: Напряжение сети Uc=4,2 кВ DC, Ток нагрузки I=500 А,

Индуктивность нагрузки L=17,5 мГн.

Результат

Время гашения дуги Тгаш=23 мс,

Выброс напряжения Umax=7,9кВ

2 Режим испытаний: Напряжение сети Uc=4,2 кВ DC, Ток нагрузки I=350 А,

Индуктивность нагрузки L=60 мГн.

Результат

Время гашения дуги Тгаш=29 мс;

Выброс напряжения Umax=8,3 кВ

Диаграммы испытания камеры 7

1. Режим испытаний: Напряжение сети Uc=4,2 кВ DC, Ток нагрузки I=500 А,

Индуктивность нагрузки L=17,5 мГн.

Результат

Время гашения дуги Тгаш - согласно Таблице 2

Выброс напряжения Umax - согласно Таблице 2

2. Режим испытаний: Напряжение сети Uc=4,2 кВ DC, Ток нагрузки I=350 А,

Индуктивность нагрузки L=60 мГн.

Результат

Время гашения дуги Тгаш - согласно Таблице 2

Выброс напряжения Umax - согласно Таблице 2

Таблица 2
Результаты испытаний высоковольтных контакторов с дугогасительными камерами.
Тип контактора	камеры	осц.	Отключаемый ток, А	Индуктивность цепи, мГн	Время гашения дуги, мс	Макс. напряжен. на контактах	Примечание
1КП006	7	11	535	17,5	48,3	4,6
12	54	4,8
13	59,2	4,8
14	58,7	4,7
15	54,3	4,5
16	43,2	4,6
20	360	60	58,1	4,6
21	76,9	4,7
22	59,1	5,0
23	80,5	4,8
24	59,6	5,1
25	52,4	5,2

РЕЗУЛЬТАТ ИСПЫТАНИЙ.

На диаграммах показано изменение тока при выключении контактора. Значения тока в амперах (А) указаны на левой вертикальной шкале. На правой вертикальной шкале показаны измеренные изменения напряжения в киловольтах (кВ) при выключении контактора.

На диаграммах видно, что дугогасительные камеры 1 и 2 и 7 при выключении имеют меньший выброс перенапряжения, чем у камеры-прототипа 3, и это перенапряжение находилось в пределах требований ГОСТ 9219-85:

для камеры 1 Umax_реж1=7,7кВ / Umax_реж2=7,95 кВ,

для камеры 2 Umax_реж1=7,9кВ / Umax_реж2=8,3 кВ,

для камеры 7 Umax_реж1=4,8кВ / Umax_реж2=5,2 кВ,

Для камеры 3, параметр Umax превышал норму. На диаграммах видно, что у стандартной камеры 3 выброс напряжения Umax достигает 12,7 кВ (для Режима 1) и выброс напряжения Umax достигает 10,5 кВ (для Режима 2).

При этом время гашения Тгаш с камерами 1 и 2 и 7 отличается незначительно от время гашения с камерой 3:

для камеры 3 Тгаш_реж1=26 мс / Тгаш_реж2=34 мс,

для камеры 1 Тгаш_реж1=32 мс / Тгаш_реж2=40 мс,

для камеры 2 Тгаш_реж1=23 мс / Тгаш_реж2=29 мс,

для камеры 7 Тгаш_реж1=59,2 мс / Тгаш_реж2=52,4 мс,

Испытаниями установлено, что соотношение размеров стенок и зазоров указанное в интервале 1,1 L_п<L ₃<1,3 L_п, и примененное при изготовлении испытанных камер обеспечивает такое же устойчивое дугогашение, как и у камеры-прототипа, изготовленной с соотношением размеров стенок и зазоров в соответствии с интервалом L_п>L ₃>1/3 L_п. Однако, для обеспечения допустимого выброса напряжения - не более 9 кВ на предельных режимах (требование ГОСТ 9219-85), необходимо соблюдать соотношение 1,1 L_п <L₃<1,3, что подтверждено испытаниями камер при различных режимах.

Применение полезной модели позволит значительно повысить надежность работы дугогасительной камеры и поездного электрооборудования.

Использованная литература:

1. Патент РФ 2117353,1998 г.

2. Б.М.Тихменев, Л.М.Трахман, «Подвижной состав электрических железных дорог», М, «Транспорт», 1969 г.

3. П.В.Цукало, Б.К.Просвирин, «Эксплуатация электропоезда», М, «Транспорт», 1994 г.

4. Б.К.Просвирин, «Электропоезда постоянного тока с электрическим торможением», М, «Трансиздат», 2003 г.

1. Дугогасительная камера для контактора или быстродействующего выключателя, представляющая собой плоскощелевую дугогасительную камеру с двумя полюсами, а также перегородками, располагающимися между двумя наружными стенками, отличающаяся тем, что величина зазора L_з между перегородками определяется формулой 1,1 L_п <L_з <1,3 L_п, где L_п - толщина перегородки.

2. Дугогасительная камера по п.1, отличающаяся тем, что она имеет деионную решетку.