Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: изобретение относится к электроаппаратостроению, а именно к разъединителям и шунтирующим выключателям (короткозамыкателям) переменного тока преимущественно многоамперным. Сущность изобретения: в контактной системе переменного тока, содержащей основную шину прямоугольного сечения толщиной T, а также контактирующие с ней две группы по K > 1 одинаковых электропроводных тел, например, ламелей или рычагов, причем K тел первой группы контактируют с одной, а K тел второй группы - с другой боковыми поверхностями шины в пределах ее высоты B > T, основная шина по толщине T выполнена составной из двух электрически изолированных частичных шин с толщинами T1 и T2, при этом каждая из частичных шин по высоте B подразделена K-1 продольными прорезями длиной D ≥ B/2 на K элементарных шин соответственно с высотами B11, B12, . . ., B1K и B21, B22, ..., B2K, причем так, что любые соседние тела в каждой из указанных групп разделены одной прорезью, при этом толщины T1 и T2 выбраны из условия равенства действующих значений токов в частичных шинах, а высоты B11, B12, ..., B1K и B21, B22, ..., B2K - из условия равенства действующих значений токов во всех элементарных шинах. 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2094884
Класс(ы) патента: H01H31/02, H01H1/00
Номер заявки: 93048734/07
Дата подачи заявки: 22.10.1993
Дата публикации: 27.10.1997
Заявитель(и): Акционерное общество открытого типа "ЭЛВО"
Автор(ы): Гуков А.П.; Мирошников И.П.; Острейко В.Н.; Якунин Э.Н.
Патентообладатель(и): Акционерное общество открытого типа "ЭЛВО"
Описание изобретения: Изобретение относится к электроаппаратостроению, а именно к разъединителям и шунтирующим выключателям (короткозамыкателям) переменного тока, преимущественно многоамперным.
Электрические контактные системы широко применяются в электрических аппаратах для замыкания и размыкания различных токопроводов, что осуществляется с помощью одного или нескольких электропроводных тел той или иной формы, например, рычагов [1] или ламелей [2] При этом в многоамперных аппаратах, как правило, приходится применять двухсторонние контактные системы. У таких систем указанные тела контактируют с двумя боковыми поверхностями токопроводов, например, шин [2] Однако из-за поверхностного и краевого эффектов, а также электромагнитного влияния металлических элементов и узлов аппарата ток в сечениях шин распределяется неравномерно и зачастую несимметрично относительно их геометрических осей симметрии. Все это приводит к неравномерному распределению тока между контактирующими с шиной телами, что снижает допустимый уровень номинального тока и стойкость контактной системы, а значит и аппарата к токам короткого замыкания.
Один из вариантов частичного устранения этого недостатка заключается в выполнении на конце шины продольных прорезей, подразделяющих ее на отдельные параллельные элементы, с которыми контактируют тела в виде рычага [1] Однако такая контактная система является односторонней, что само по себе снижает уровень проводимого ею тока. Кроме того, она не обеспечивает выравнивания токов в параллельных контактах при наличии краевого эффекта или существенного электромагнитного влияния металлических частей аппарата, приводящих к несимметричному распределению тока в шине (конструкция [1] относится только к случаю уединенной шины с неравномерным, но симметричным распределением тока в ее сечении).
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому решению является двухсторонняя контактная система переменного тока ламельного мостика [2] содержащая основную шину прямоугольного сечения толщиной T, а также контактирующие с ней две группы по K > 1 одинаковых электропроводных тел (ламелей), причем K тел первой группы контактируют с одной, а K тел второй группы с другой боковыми поверхностями шины в пределах ее высоты B > T. Однако и в данном случае несимметричное распределение тока в сечении основной шины приводит к неравномерному его распределению между указанными телами.
Задача изобретения создание контактной системы переменного тока, имеющей повышенные уровень номинального тока и стойкость к токам короткого замыкания за счет равномерного распределения тока между телами, контактирующими с основной шиной.
Решение этой задачи достигается тем, что основная шина Шо по толщине T выполнена составной из двух электрически изолированных частичных шин Ш1 и Ш2 с толщинами Т1 и Т2, при этом каждая из частичных шин по высоте В подразделена K-1 продольными прорезями длиной Д ≥ В/2 на К элементарных шин соответственно с высотами В11, В12, В и В21, В22, причем так, что любые соседние тела в каждой из указанных групп разделены одной прорезью, при этом толщины Т1 и Т2 выбраны из условия равенства действующих значений токов в частичных шинах, а высоты В11, В12, В и В21, В22, В из условия равенства действующих значений токов во всех элементарных шинах.
На фиг. 1 показана основная шина Шо прямоугольного сечения толщиной Т и высотой В > Т, состоящая из двух частичных шин Ш1 и Ш2 с толщинами Т1 и Т2, разделенных слоем изоляции И. С одной и другой боковым поверхностям основной шины, являющимися и поверхностями указанных частичных шин, в пределах высоты В контактируют по К электропроводных тел Л1 и Л2, например, ламелей, соответственно 1-й и 2-й групп. При этом с помощью К-1 продольных прорезей П1 и К-1 продольных прорезей П2 длиной Д концы частичных шин Ш1 и Ш2 подразделены по высоте В на К элементарных шин с высотами В11, В12, В и К элементарных шин с высотами В21, В22, В; на фиг.2 приведена геометрическая модель, лежащая в основе теоретического (расчетного) пути определения основных размеров заявляемой контактной системы; на фиг.3 и 4 этапы экспериментального определения этих размеров.
Контактная система (фиг.1) работает следующим образом.
Переменный ток i, протекая по основной шине Шо, распределяется в ее сечении неравномерно и в общем случае несимметрично (вследствие поверхностного и краевого эффектов, а также электромагнитного влияния металлических частей аппарата). Однако при этом токи i1 и i2 i i1, протекающие по частичным шинам Ш1 и Ш2, имеют одинаковые действующие значения.
Аналогичным образом токи i1 и i2, неравномерно распределенные по высоте В частичных шин Ш1 и Ш2, с помощью 2(К-1) прорезей П1 и П2 длиной Д подразделяются на 2К токов элементарных шин с одинаковыми действующими значениями. Практически эти же токи протекают и по контактирующим с элементарными шинами 2К электропроводным телам Л1 и Л2 (например, ламелям), чем и достигается цель изобретения.
Отметим, что чем больше длина Д прорезей П1 и П2, тем более надежной является фиксация необходимых токов в пределах элементарных шин. Согласно теоретическим и экспериментальным оценкам подобная фиксация токов практически уже имеет место при длине Д, равной половине наибольшего размера B сечения основной шины. Отсюда следует, что Д ≥ B/2.
Система фиг. 1 позволяет реализовать различные конструкции контактов, в том числе двухсторонний контакт рычажного типа и ламельный контактный мостик. При этом рычажный контакт будет содержать одну, а ламельный мостик две указанные системы. Характерно, что в отличие от [1] теперь рычажный контакт может быть двухсторонним и нормально работать при несимметричном распределении тока по толщине Т основной шины Ш0 благодаря тому, что она состоит из двух частичных шин Ш1 и Ш2, по которым протекают токи i1 и i2 с одинаковыми действующими значениями.
Толщины Т1 и Т2 частичных шин Ш1 и Ш2, а также положения прорезей П1 и П2, определяющих высоты В11, В12, В и В21, В22, В элементарных шин, зависят от распределения тока по сечению основной шины Ш0. Это распределение в основном задается не рассматриваемой контактной системой, а компоновкой соответствующего электрического аппарата. Следовательно, значения Т1 и Т2, а также указанные высоты могут быть найдены теоретически или экспериментально лишь с учетом конкретной компоновки аппарата.
Теоретический путь нахождения указанных размеров заключается в первоначальном определении (расчете), например, с помощью алгоритма [3] функций комплексной плотности тока вдоль продольной оси Z шины Ш0. При этом максимально полно должно быть учтено влияние на указанную функцию соседних фаз и металлических узлов аппарата. Пренебрегая затем в поперечном сечении шины (фиг.2) шириной изоляции И, а также прорезей П1 и П2 (пунктирные линии) из-за их малости по сравнению с размерами В и Т1, Т2 (фиг.1), можно записать нелинейное алгебраическое уравнение

определяющее размер Т1, а значит и Т2 Т Т1.
После этого в соответствии с фиг.2 координаты Y11, Y12, Y1(K-1) и Y21, Y22, Y2(K-1) прорезей П1 и П2 могут быть найдены из двух следующих независимых систем нелинейных алгебраических уравнений порядка K-1:

k 1, 2, K-1; Y10 Y20 0; Y1K Y2K B.
Затем по формулам

рассчитывают высоты всех (2K) элементарных шин.
Экспериментальное определение толщин Т1 и Т2 должно осуществляться на сплошной (несоставной) основной шине Ш0, встроенной в электрический аппарат, но не имеющей контактного разрыва, а значит и контактирующих с ней тел (фиг. 3). В зоне, где в дальнейшем будет располагаться контактный разрыв, в шине просверливается равномерный по толщине Т ряд параллельных сквозных по высоте В отверстий О минимального диаметра, обеспечивающего возможность прохождения через них измеряющего действующее значение тока пояса Роговского. С помощью последнего затем с точностью до шага отверстий определяется показанная на фиг. 3 пунктирной линией условная граница, делящая шину на две продольные части с толщинами Т1 и Т2, через которые протекают токи i1 и i2 с равными (или близкими) действующими значениями. После этого сплошная основная шина Ш0 (фиг.3) заменяется в аппарате соответствующими частичными шинами Ш1 и Ш2, разделенными изоляционным воздушным промежутком И минимальной ширины, допускающей прохождение через него пояса Роговского (фиг.4). В зоне будущего контактного разрыва шин в них также просверливается равномерный по высоте В ряд параллельных сквозных по толщинам Т1 и Т2 отверстий О1 и О2 минимального диаметра, обеспечивающего возможность прохождения через них пояса Роговского. С помощью последнего затем с точностью до шага отверстий определяются показанные на фиг.4 пунктирными линиями условные границы прорезей П1 и П2, подразделяющие частичные шины Ш1 и Ш2 на выбранное число K > 1 элементарных шин с высотами В11, В12, В и В21, В22, В, через которые протекают токи с одинаковыми (или близкими) действующими значениями.
Контактная система (фиг.1) уже использована в электрическом разъединителе, изготовленном на ВЗВА и поставленном в двух экземплярах на Челябинский электродный завод. По техническим условиям эксплуатации этот разъединитель содержит 16 параллельных и отстоящих друг от друга на расстоянии 34 мм медных шин толщиной Т 16 мм и высотой В 350 мм. По каждой из них в замкнутом состоянии разъединителя протекает переменный ток с действующим значением 8000 А, причем токи во всех соседних шинах имеют противоположные знаки, т.е. ток всего разъединителя равен 8000 · 8 64000 А.
Экспериментальные исследования показали, что при замыкании каждой из 16 шин рядом ламельных мостиков вида [2] имеет место значительное превышение допустимой температуры контактов, обусловленное существенной неравномерностью и несимметрией распределения тока в шинах (особенно в двух крайних). Это свидетельствует о невозможности создания указанного разъединителя без разработки новой контактной системы. В результате были предложены система (фиг. 1) и соответствующий алгоритм расчета (1) (4), относящийся к модели (фиг. 2). Расчеты по этому алгоритму при K 8 привели к следующим результатам (для двух крайних шин Т1 10 мм; Т2 6 мм):
В11 В18 30 мм, В12 В17 43 мм;
В13 В16 49 мм, В14 В15 53 мм;
В21 В28 30 мм, В22 В27 37 мм;
В23 В26 52 мм, В24 В25 56 мм,
а для всех остальных 14 шин (Т1 Т2 8 мм):
В11 В18 В21 30 мм, В12 В17 В22 В27 37 мм;
В13 В16 В23 В26 52 мм, В14 В15 В24 В25 56 мм.
При реализации полученных результатов все 16 основных шин разъединителя были выполнены составными из частичных шин толщиной 10, 6 и 8 мм. Испытания изготовленного разъединителя подтвердили практическую равномерность распределения тока между всеми 2K · 16 16 · 16 256 ламелями. Как следствие этого, превышение температуры контактов находилось в допустимых по ГОСТ пределах.
Таким образом, предлагаемая контактная система (фиг.1) благодаря обеспечению равномерности распределения тока между параллельными контактами открывает возможности для создания уникальных многоамперных аппаратов переменного тока.
Формула изобретения: Контактная система переменного тока, содержащая основную шину прямоугольного сечения толщиной Т, а также контактирующие с ней две группы по К > 1 одинаковых электропроводных тел, причем К тел первой группы контактируют с одной, а К тел второй группы с другой боковыми поверхностями шины в пределах ее высоты В > Т, отличающаяся тем, что основная шина по толщине Т выполнена составной из двух электрически изолированных частичных шин с толщинами Т1 и Т2, при этом каждая из частичных шин по высоте В подразделена К 1 продольными прорезями длиной Д ≥ В/2 на К элементарных шин соответственно с высотами В11, В12, В1К и В21, В22, В2К, причем так, что любые соседние тела в каждой из указанных групп разделены одной прорезью, при этом толщины Т1 и Т2 выбраны из условия равенства действующих значений токов в частичных шинах, а высоты В11, В12, В1К и В21, В22, В2К из условия равенства действующих значений токов во всех элементарных шинах.