Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_5577
.pdf
(когда давление находится в районе 55001 вольт) и после гашения дуги и до того, как поток газа упадет ниже
заданной скорости, как указано выше, вставить диэлектрик в зазор между электродами или другую часть цепи
последовательно с зазором. Это можно сделать, как определено выше, путем дальнейшего перемещения
подвижного электрода ниже поверхности масляного корпуса. Для обеспечения достаточного расстояния
между электродами может быть использован любой подходящий механизм, например, кулачок в механизме
управления. В результате разделения в масле или другой изоляционной жидкости образуется вторая пара
контактов 60, расположенных последовательно с электродами.
В тех случаях, когда, как указано выше, клапаны предназначены для регулирования потока газа после его
прохождения через электроды для гашения дуги, масло может содержаться в нижней части корпуса, при этом
газовый вход предпочтительно расположен выше уровня поверхности масла.
С другой стороны, если клапаны расположены таким образом, чтобы регулировать поток газа до того, как он
достигнет электродов, гасящих дугу, масло может удерживаться в вертикальном резервуаре через сальник в
нижней части, через который проходит подвижный электрод; этот резервуар соответствующим образом
изолирован и удерживается в положении в самой верхней камере над клапанами, так что газ может свободно
обтекать его к поверхностям электродов, контактирующим с дугой. Следует понимать, что расстояние между
поверхностью масла и нижним концом верхнего электрода должно быть связано со скоростью разделения
электродов. Например, в работе с переменным током, где переключатель предназначен для гашения дуги в
течение одного цикла дугообразования, такое расстояние должно быть по меньшей мере больше степени
разделения электродов за время, занимаемое указанным циклом.
Конструкция выключателя, использующая, как указано выше, вторую пару контактов, соединенных
последовательно с электродами, может быть такой, в которой эти контакты расположены в сосуде,
содержащем масло или подобное вещество, и ниже поверхности масла. Нижний элемент пары контактов
проходит вниз через сальник в дне сосуда, его нижний конец оперативно соединен с соответствующим концом
подвижного электрода или его продолжением, так что этот контакт компенсирует движение электрода.
-Зацепляющие поверхности этих контактов 105 имеют достаточную длину, чтобы гарантировать, -что при
движении электрода вниз для разрыва цепи контакты не разъединятся до тех пор, пока дуга не погаснет. -110
Дата: 28 сентября 1926 г.
-BOULT, WADE & TENNAN"T, 111 & 112, Hatton Garden, London, E C l Chartered Patent Agents, CO Mv IPLETB
SPECIFICATION.
Улучшения в области IM, касающиеся электрических выключателей.
Мы, Wumis B 5 VAN W 11 IT Ns XI, британский подданный, EDM Ux N B Asi L -WEDAZORE, -британский
подданный, и Twnp BRITISH EL Es CTRICAL AND Aimnzs IxnusRrs RESEA Rc H Assomr Tiox, британская
ассоциация, ранее принадлежавшая 19, Тотилл 278,764:
Настоящим заявляем, что данное изобретение, расположенное по адресу: Вестминстер, Лондон, S W 1, а
теперь также по адресу: Кингсуэй, 36 и 38, Лондон, W.C 2, и описываем его характер и способ его
осуществления, подробно изложены в следующем заявлении.
Данное изобретение относится к усовершенствованиям электрических выключателей и, в частности,
применимо, хотя и не ограничивается этим, к выключателям, предназначенным для использования в
высоковольтных силовых цепях, например, с напряжением 10 000 кВА и выше.
Основная цель настоящего изобретения состоит в усовершенствовании устройств с указанными выше
характеристиками таким образом, чтобы дуга, возникающая в них или в них, гасилась как можно быстрее и
была короткой, так что в дуге выделялось бы минимальное количество энергии. Представляется, что одним из
моментов, которые необходимо учитывать при проектировании автоматического выключателя, является
тенденция к скоплению горячих газов и их задержке вблизи корня дуги, где, препятствуя охлаждению контакта
или электрода, они препятствуют быстрому гашению дуги. Целью настоящего изобретения является
обеспечение быстрого удаления таких горячих газов и при этом минимизация удлинения дуги при гашении
сверх длины, на которую она удлиняется при разведении электродов.
Нам известно, что ранее предлагалось использовать трубчатые электроды, через которые могут выходить
горячие газы, исходящие из области; поместить эти электроды в газонепроницаемую камеру; и инициировать
сжатие газа в такой камере до разделения электродов, чтобы разорвать цепь, частью которой они являются.
Особенностью настоящего изобретения является электрический выключатель для использования с
переменным током (имеющий, например, электроды мужского и женского типа), в котором один электрод
образует или представляет собой канал или его часть и расположен относительно вспомогательного
электрода таким образом, что дуга может быть погашена путем обеспечения быстрого выхода или удаления
горячих газов вблизи корня дуги и пути дуги вдоль указанного канала, который имеет такие размеры
относительно поперечного сечения дуги при максимальном токе, чтобы предотвратить распространение такой
дуги внутри канала либо в продольном направлении, либо путем изгиба, петли или любым другим способом.
Как более подробно объясняется ниже, размеры указанного канала не должны существенно превышать
размер порядка удвоенного диаметра дугового кратера или ожога, образованного дугой между контактами в
течение всего цикла дугообразования.
Дуга не может распространяться вдоль прохода, не замкнувшись в короткое замыкание. Короткое замыкание
части дуги происходит из-за того, что стенка канала (или его часть, образованная электродом) представляет
собой практически эквипотенциальную поверхность 75, которая закоротит часть дуги, простирающуюся между
корнем дуги и другой частью дуги, которая может случайно соприкоснуться с этой поверхностью.
Предпочтительно, чтобы размеры канала 80 относительно поперечного сечения дуги были такими, чтобы не
только предотвращалось образование петли дуги, как указано выше, но и любая попытка корня дуги
проникнуть в канал была сорвана дугой 83, зацепившейся за стенку канала, тем самым закоротив часть дуги,
которая успела войти в канал, и вернув корень дуги в его исходное положение или близкое к нему у входа в
канал 90. Для достижения наилучших результатов указанный канал должен быть такого размера и/или
расположения, чтобы гарантировать отсутствие существенного увеличения давления, препятствующего
выходу горячих газов 95 после образования дуги. Еще одной особенностью изобретения является
обеспечение в электрическом выключателе для использования с переменным током (имеющем, например,
электроды типа 100 «папа» и «мама»), в котором дуги гасятся путем удаления горячих газов из окрестностей
корня дуги и пути дуги вдоль канала или аналогичного средства для создания над дугой 105 опорных
поверхностей электродов и в общем направлении оси дуги - однонаправленного потока газа или газов
(например, водорода или воздуха, или инертного газа, такого как аргон, азот, 110 гелий, бор и т.п.), и -
направляющего средства, благодаря которому вся дуга в течение всего периода дугообразования вынуждена
оставаться в пределах созданного таким образом газового потока.
Изобретение также включает в себя в качестве особенности электрический автоматический выключатель для
использования с переменным током (имеющий, например, электроды мужского и женского типа), в котором
один электрод образует или представляет собой канал или часть 120 этого канала и расположен
относительно вспомогательного электрода таким образом, что дуга может быть погашена путем обеспечения
быстрого выхода горячих газов из области дуги, корня 125 и пути вдоль указанного канала, и в котором
средства для разделения электродов для разрыва цепи расположены таким образом, чтобы обеспечить такое
разделение на расстояние, не превышающее предельное расстояние 13 (1), в основном такое, как описано
ниже, и предпочтительно со скоростью, в основном не меньшей, чем указанная ниже.
Вышеуказанные особенности и другие особенности изобретения, указанные в прилагаемых пунктах, станут
очевидны специалистам в данной области техники из следующего описания, приведенного в качестве
примера, конструкций автоматических выключателей согласно изобретению. На прилагаемых чертежах:
Рисунок 1 представляет собой боковой вид, главным образом в разрезе верхней части конструкции
автоматического выключателя согласно изобретению; и Рисунок 2 представляет собой боковой вид, главным
образом в разрезе верхней части второй конструкции автоматического выключателя согласно изобретению.
к событию.
Обращаясь сначала к рисунку 1, контакты или электроды 10, 12 расположены внутри цилиндрического
газонепроницаемого контейнера 295 14, который может быть снабжен внутренней облицовкой 16 из кварца
или другого подходящего материала, как показано на рисунке. Верхний конец контейнера 14 имеет фланец и
закрыт крышкой 18 из любого предпочтительного изоляционного материала, установленной на фланце; части
скреплены болтами, проходящими через фланец и крышку, а также через кольцо 22, расположенное между
гайками болтов и крышкой 18. Внутренняя облицовка 16 контейнера продолжается кольцом 17 из кварца или
подобного материала, расположенным между стенкой контейнера и верхней трубчатой емкостью 13, к
которой, как было объяснено выше, подсоединен электрод 12; уплотнительные шайбы 19 из асбеста или
другого подходящего материала расположены выше и ниже внешнего края кольца 17. Как показано на рисунке
1 V, крышка 18 4-5 в центре имеет отверстие, через которое виден нижний конец 24 вентиляционной трубы 26,
который прилегает к дну углубления, образованного в трубчатой части 13; Труба 296 и деталь 13 '01 крепятся
к крышке -i с помощью шпилек 28, ввинченных в деталь 13 и проходящих через крышку и через фланец 3 Q на
трубе. Гайки на шпильках служат для надежной фиксации деталей. Поскольку труба 26 изготовлена из
металла (предпочтительно меди) и находится в электрическом контакте с деталью 13, провод от цепи,
управляемый выключателем, может быть соединен с любой подходящей частью трубы или любой другой
частью аппарата, находящейся в металлическом контакте с трубой. Вентиляционная труба 26 имеет на своем
верхнем конце камеру клапана 32, причем труба и камера скреплены болтами и гайками '34, причем труба
проходит через фланец, образованный на каждой из этих частей. В некоторых случаях может быть
необходимо или желательно обеспечить вентиляционную трубу в удобном месте по всей ее длине
решетчатый элемент для предотвращения попадания металлических шариков 70 или подобных им частиц из
электродов в камеру клапана или его клапаны.
Этот элемент решетки может удобно иметь форму металлической ленты, свернутой в плоскую спираль и
прикрепленной к внутренней части трубы 75, при этом ее ось практически совпадает с осью трубы.
Подвижные элементы 36 клапана после закрытия выключателя, как это необходимо в настоящее время,
удерживаются на своих седлах 80 38 с помощью рычага 40, который в это время удерживается в положении,
показанном на рисунке 1, с помощью вращающегося стержня 42. Этот стержень может приводиться в
действие любым подходящим способом, причем показанные на рисунке 85, которые следует рассматривать
как схематические, включают второй рычаг 44. Пружины 46 и 48, воздействуя на элементы клапана 36 и
стержень 42 соответственно, перемещают элементы 90.
jilyfrom their seats immediately the toggle 44 is "hbrokeni " The valve.
Камера, как показано на рисунке, для удобства сборки выполнена из двух частей, скрепленных болтами, и на
одной из сторон имеет раму или корпус 50 для рычага 44 и связанных с ним частей. Стержень 42,
соединенный с одним элементом рычага 44, проходит через сальник 52, в то время как другой элемент этого
рычага 100 соединен с коротким стержнем 54, который направляется в корпусе 50 и поддерживается для
целей регулировки регулировочным винтом 56. К верхнему концу камеры клапана 105-32, имеющему
зубчатую форму, прикреплена удлинительная трубка 58, к верхнему концу которой прикреплен
расширяющийся мундштук 60. При необходимости мундштук может быть снабжен внутренней металлической
сеткой (например, сеткой, образованной перемычками, радиально отходящими от оси мундштука) для
пропускания газов. Верхний электрод 12 представляет собой цилиндрический корпус, состоящий из
отдельных 115 продольно расположенных секций (четыре в данном случае), которые упруго удерживаются
вместе спиральными пружинами 64, расположенными в неглубоких углублениях в секциях. Секции подвижно
поддерживаются на детали 13 кольцом 116, ввинчивающимся в последнюю и входящим в пазы,
образованные в секциях. Для удобства сборки деталей это кольцо 116 выполнено из двух частей. Хороший
электрический контакт между каждой секцией и деталью 13 обеспечивается соединением 118, прикрепленным
к секции и прижатым к корпусу 13 кольцом 116. Как показано, вставлена шайба 130.
278,7 Между частью 13 и этими электродами 10 внутри них имеются слегка разнесенные соединения. Далее,
нижний электрод 10 (который в данной конструкции выводится из подвижного элемента) представляет собой
сплошной цилиндрический элемент с закругленным верхним концом, предназначенный для входа в
выключатель, при этом дуга, возникающая между электродами, быстро гасится потоком газа, который к этому
времени достиг нижнего внутреннего края со скоростью, необходимой для этого действия.
15 Для адекватной изоляции системы 75 указанных секций имеют закругленную форму, как показано, чтобы
предотвратить разрыв и облегчить это действие. Рабочий стержень может способствовать повторному
возникновению дуги. 66 нижнего электрода 10 проходов изолирующего разрыва (не показан) может
осуществляться через сальник (не показан) в крышке, которая закрывает нижний конец контейнера 11,
рабочий стержень, являющийся хорошим электрическим проводником, который находится в и
предпочтительно до того, как поток газа упадет ниже заданной скорости.
Штанга 67, к исходящему проводу (не показано на рисунке). Эта крышка и прилегающие к ней детали могут
управляться, например, для освобождения защелки, удерживаемой в закрытом положении последовательно
соединенными соленоидами 18, 19, 22, уже описанными ранее, до тех пор, пока не будет прекращено
протекание тока, а затем открытие изолирующего разрыва с помощью таннера, сальник, упомянутый выше, в
нижнем положении пружины.
Крышка, заменяющая элемент 130. Наконец, клапан (не показан), управляемый под углом 90° в верхней части
выключателя любым из контейнеров, имеет известное и подходящее устройство с задержкой времени подачи
газа, который будет использоваться для гашения дуги. В удобном месте подвижной частью выключателя в
контейнере предусмотрен известный и подходящий вход с задержкой времени для газа, который будет
использоваться в устройстве, и перекрывает подачу газа для гашения дуги. Контейнер для стержня 14.
66 В процессе закрытия клапан 95, включающий шток 68 с упомянутым выше переключателем 44, сначала
открывается. Затем, если, как описано выше, он является частью последовательного изолирующего
выключателя, как указано выше, механизм управления для описанного клапана используется, замыкающие
элементы 306. Шток 68 (который является частью двух электрически изолированных частей, одна из которых
замыкает цепь, как показано на схеме, или, скажем, замыкает цепь, вспомогательный соленоид постоянного
тока - замыкает цепь в точке 69 на рисунке 1) на своем верхнем конце последовательного изолирующего
выключателя. Клапан имеет уплощенную часть с двумя расположенными на некотором расстоянии друг от
друга штифтами 70, 72, которые действуют, соответственно, на электроды 10 и 12 и «замыкают» и
«замыкают» переключатель 44: газ подается в контейнер 14 из 105 на конце. движение стержня 68, откуда он
выходит вдоль прохода. На рисунке 1 показан выключатель в указанном выше положении. После закрытия
изолирующего положения, то есть, когда выключатель закрыт, как описано выше, электроды 10 и 12
находятся в контакте, -электрод 10 контактирует с 4.3 клапанными элементами 36 -при их установке электрод
12 замыкает цепь 110, тем самым закрывая выход из контейнера, контролируемый выключателем, и, наконец,
14: что, следовательно; Заполненный штифтом 70 на поднимающемся стержне 68 газом под давлением. В
отверстии «замыкается» рычаг 44 и замыкается работа выключателя. Сразу после того, как клапанные
элементы 36 встают на свои места 38, электрод 10 начинает движение вниз, тем самым прерывая поток газа
115, и прежде чем он разорвет контакт. Здесь следует отметить, что с электродом 12 рычаг 44 представляет
собой устройство, сконструированное с одинарным разрывом, «разрываемым» штифтом 72 на медленно
движущемся стержне 68. Пружины 46 (рис. 1) были обнаружены, когда при работе 55) и 48 затем быстро
открывают клапаны 36 10, заполненные водородом при 4 атмосферах 120 до их полного падения, позволяя
газу – от абсолютного давления и 6000 кубических дюймов в секунду – протекать через проход при плотности
4. 25, образованный внутри электрода 12, способен регулярно размыкать цепь под частью 13,
вентиляционной трубой 26, клапаном, циклом дугового разряда и высвобождением в камеру 32, а труба 58
отводит лишь около 1/5 энергии, которая 125 высвобождается через отверстие, и которая высвобождается
одним разрывным элементом 60. Газ, протекающий над переключателем, работает с той же скоростью, что и
поверхности электродов между контактами, а именно: около 175 сантиметров электрода 12, что при этой
скорости в метрах в секунду в масле при том же времени, из-за наличия условий разомкнутой цепи.
Устройство такого типа 130, работающее с одним разрывом, отражало более 25 000 кВ А при 6600 вольт, так
что шесть устройств, включающих шесть разрывов двухразрывного трехполюсного переключателя, должны
быть способны выдерживать до 150 000 кВ А, скажем, при 22 000 линейных вольт р м с.
На рисунке 1, где детали 10, 12 и 13, а также диаметр детали 14 показаны в приблизительно правильных
относительных пропорциях, диаметр электрода 10, который в рассматриваемой конструкции выполнен из
меди, составляет приблизительно семь восьмых дюйма.
Следует отметить, что клапаны 36, 38, хотя и соединены электрически с электродом 12, находятся в таком
положении, что не представляют собой поверхности, с которой или к которой может проходить или
образовываться дуга.
В альтернативной конструкции клапанная камера расположена сбоку контейнера, причем ее ось практически
параллельна оси контейнера. Клапаны управляются рычагом, соединенным со штоком, который, в свою
очередь, приводится в действие вторым рычагом, все детали расположены аналогично деталям в
конструкции на рисунке 1, но в этой альтернативной конструкции второй рычаг, расположенный внутри
контейнера, «создается» и «размыкается» с помощью расположенных на некотором расстоянии друг от друга
штифтов, установленных непосредственно на рабочем штоке нижнего электрода.
Клапанная камера и контейнер соединены между собой в нижнем конце U-образным трубчатым элементом,
40. Газ в этом случае поступает в верхний 74 конец клапанной камеры и поступает в контейнер через
U-образный элемент. Из контейнера газ выходит из аппарата, пройдя через канал в верхнем электроде и
через такие детали, как 26, -58 и 60 в конструкции, показанной на рисунке 1. Шток, приводимый в действие
вторым рычагом, проходит через сальник, расположенный в смежных частях клапана, камеры и контейнера.
Рабочий шток нижнего электрода (который может состоять из проводника, частично или полностью
встроенного по всей своей длине в изоляционную оболочку из подходящего материала, такого как -55 волокно
или подобное, и может использоваться для соединения электрода 10 с исходящим проводом) перемещается
в направлении размыкания цепи с помощью спиральной пружины, которая его окружает; и перемещается в
противоположном направлении, чтобы обеспечить контакт между электродами, с помощью электромагнита,
расположенного в контейнере и управляемого, например, постоянным током от вспомогательной цепи.
Соленоид магнита (151) окружает стержень и воздействует на якорь в виде втулки, закрепленный на стержне.
Нижний конец рабочего стержня нижнего электрода проходит через сальник в нижней части U-образного
элемента и входит в приемное отверстие, выполненное в виде 70, в аппарате, расположенном ниже этого
элемента.
Внутри этого резервуара, содержащего хороший диэлектрик, такой как масло, расположен разъединитель,
предназначенный для размыкания и замыкания при перемещении стержня 75 для замыкания и размыкания
цепи на электродах 10 и 12. Сам стержень или контакт, установленный на нем, может образовывать один из
элементов этого разъединителя, который 80 электрически соединен последовательно с электродами 10 и 12 в
цепи, управляемой ими. Работа этой альтернативной конструкции автоматического выключателя, что
касается гашения 85-х электродов 10 и 12, аналогична работе конструкции, показанной на рисунке 1.
Вышеупомянутый последовательный выключатель сконструирован таким образом, что размыкается после
того, как дуга на 90-х электродах гаснет, и до того, как поток газа упадет ниже заданной скорости, а при
замыкании замыкается до того, как электроды 10 и 12 войдут в зацепление, и образует один из 95 примеров
средств, которые могут быть предусмотрены для изоляции одного электрода от -другие, чтобы предотвратить
повторное возгорание дуги, -путем введения хорошего диэлектрика, такого как масло 10 ( 1 Обращаясь далее
к рисунку 2, на котором изображена другая конструкция выключателя согласно изобретению, устройство
включает цилиндрический газонепроницаемый контейнер 100, имеющий на своем верхнем 105 конце корпус
102 из фарфора или другого подходящего изоляционного материала, который поддерживается
металлическим кольцом 104, прикрепленным болтами к контейнеру и вклеенным в углубление, образованное
для него в корпусе 102. Фланцевая часть 105, закрепленная к корпусу 102 с помощью шпилек 106, вклеенных
в корпус, поддерживает вентиляционную трубу 108, снабженную на своем верхнем конце газоохлаждающим
патрубком 110, аналогичным патрубку 115 60 конструкции на рисунке 1. Кожух 100 из любого
предпочтительного изоляционного материала закрывает верхнюю часть устройства, к которой он прикреплен
любым подходящим способом. Этот колпак 12 (1), который выступает над верхним концом мундштука 110,
имеет отверстие 113 для выхода газов, а также отверстие 115, через которое проходит провод 117,
электрически соединенный с частью 125-105. Часть 105 несет верхний и неподвижный электрод 12, который
идентичен электроду 12 на рисунке 1 и поддерживается аналогично ему, поэтому нет необходимости
описывать его снова. EMO 278,764:
Предпочтительно, чтобы его внешняя поверхность имела форму, приближающуюся к «обтекаемой» форме,
для облегчения потока газа через клапан. Следует отметить, что клапанный элемент 152 и его седла 70
электрически исключены из цепи дуги.
Эксперименты показали, что для достижения наилучших результатов целесообразно ограничить расстояние
между электродами 75 после возникновения дуги до расстояния, не превышающего примерно двух
сантиметров (при давлении около 5500 об/мин·с·вольт), и после того, как дуга погаснет, 8 или до того, как
поток газа упадет ниже заданной скорости, как указано выше, вставить диэлектрик в зазор в части цепи,
последовательно соединенной с зазором между электродами. Это может быть сделано, как описано выше в
связи с альтернативной конструкцией, показанной на рисунке 1.
Или же, после паузы подходящей продолжительности, чтобы убедиться в погашении дуги, движение
электрода 10 вниз может быть продолжено для управления клапанами, последовательными
разъединителями или вспомогательными устройствами. Например, простой способ установки хорошего
изолирующего барьера на этом втором этапе движения 9,5 заключался бы в продолжении движения
электрода 10 вниз, скажем, в небольшую ванну с маслом. Движение такого типа может быть достигнуто с
помощью хорошо известных средств, таких как демпферы или кулачки 100. Однако предпочтительным
изолирующим устройством является последовательный выключатель, как описано ранее, поскольку такое
устройство предотвращает образование нагара на дугообразующих контактах 10 и 12 из-за наличия 105
остаточного масла.
На рисунке 2 показано положение деталей, когда электрод 10 в процессе своего отделения от электрода 12
достигает предпочтительного расстояния 110, описанного выше. В конструкции, показанной на рисунке 2, как
будет более подробно описано ниже, электрод 10 остается в показанном положении, то есть в
предпочтительном зазоре 115, а затем продолжает свое движение вниз до тех пор, пока клапанный элемент
152 не закроется на верхней опоре элемента 148.
Теперь рассмотрим электроды в их полностью открытом положении 120 после такого дальнейшего
перемещения, в это время клапанный элемент 152 закрыт на своем верхнем седле, и внутри контейнера 100
находится атмосферное давление. Сразу же после этого срабатывает выключатель для замыкания цепи;
поднимающийся стержень 124, который соединен своим концом с исходящим проводом (не показан),
поднимает клапанный элемент 152 с его верхнего седла 130. Нижний электрод 10 установлен на верхнем
конце стержня 124, расположенного таким образом, чтобы скользить внутри металлической втулки 216,
поддерживаемой в изоляционном элементе 128, который, в свою очередь, поддерживается в контейнере 100
выступами на элементе, опирающимся на соответствующие емкости 132 на контейнере и прикрепленным к
ним болтами. Этот элемент, для удобства, выполнен в двух частях, т.е. он включает в себя часть 134,
привинченную к части 128.
Вблизи электродов контейнер снабжен облицовкой, в данном случае — тройной облицовкой, состоящей из
двух слоев 136 кварца, разделенных слоем 138 асбеста. Облицовка в верхней части контейнера
продолжается кварцевым кольцом 140, между которым с одной стороны и тройной облицовкой с одной
стороны и частью 105 с другой расположены асбестовые уплотнительные шайбы 142. Верхняя часть
элемента 128 защищена кварцевой крышкой 144, которая действует как дефлектор для любых металлических
шариков, которые могут случайно образоваться от электродов во время разрыва электрода. Такие шарики,
если они образуются, будут отклонены к стенке контейнера и упадут в предусмотренный карман 169, и, таким
образом, вряд ли будут мешать работе клапана, который будет описан далее. К нижней части контейнера
прикреплена камера клапана 146. Уплотнительный элемент клапана 148 закреплен в верхней части этой
камеры и предпочтительно включает в себя уплотнительные шайбы 150, 151 из кожи. или из другого
подходящего материала. Подвижный элемент 152 клапана прикреплен к штоку 124, на котором расположен
электрод 10. Соединения между элементом и штоком, включая втулку 154 из любого предпочтительного
изоляционного материала, прочно закреплены на обеих частях с помощью гайки 156 и шайб 158, 160 и кольца
162, прочно закрепленных на штоке. Предпочтительно шайба 160 изготовлена из изоляционного материала.
Шайба 164 из кожи или подобного материала помещена между элементом клапана 152 и головкой 166 на
втулке для образования газонепроницаемого соединения, и аналогичная шайба 168 с той же целью помещена
между элементом 152 и шайбой 160. Элемент клапана для целей конструкции выполнен из двух частей,
которые сжимаются вместе гайкой 156, воздействующей через шайбы 160, 168 и 164 прижимается к воротнику
162. Шайбы 170 из кожи или другого подходящего материала вставляются между двумя частями клапанной
части 152 для образования газонепроницаемого соединения. Цилиндр 171, предпочтительно из дерева или
другого легкого материала, удерживается между двумя частями клапанной части 152. 2) 8764:
Позволяя газу течь из клапанной камеры 146 в контейнер 100, откуда он выходит через канал, образованный в
электроде 12 и в частях 105, 108 и 110. Затем электрод 10 соединяется со своим компаньоном 12 и замыкает
цепь, при этом слегка раздвигая секции, из которых состоит электрод 12.
310 Наконец, клапанный элемент 152 достигает своего нижнего седла, тем самым перекрывая подачу газа в
камеру 146.
При размыкании цепи клапан 152 сначала перемещается со своего нижнего седла, и газ поступает из камер
146 в камеру 100, откуда он выходит через щели между раздвинутыми секциями электрода 12 в
вышеупомянутый канал, наконец, выходя из аппарата через мундштук 110. По мере того, как электрод 10
перемещается вниз, из конструкции видно, что непосредственно перед тем, как он разъединится с электродом
12, клапан 25 части 152 полностью открывает поток газа у седла 18. Затем электроды раздвигаются до
предпочтительного зазора, и:
Образовавшаяся при этом дуга быстро гасится потоком газа, скорость которого теперь настолько высока, что
это приводит к прекращению движения. Электрод 10 теперь находится в положении, показанном на рисунке 2,
где он ненадолго останавливается, пока дуга не погаснет. Это прекращение движения может быть вызвано
кулачковым механизмом, затвором, управляемым последовательной катушкой, или другим подходящим
устройством (не показано). Длительность этой паузы, если она не регулируется устройством 4, управляемым
последовательной катушкой (которое сконструировано таким образом, чтобы остановить или задержать
продолжение движения до тех пор, пока результат тока не прекратится), предпочтительно должна быть не
менее чем равна одному периоду частоты системного сигнала (45), когда работает автоматический
выключатель. После этой паузы электрод 10 продолжает свое движение вниз, пока, наконец, клапан 152 не
опустится вниз, совершая верхнее колебание, и поток газа не поступит в контейнер. -1-00 отключается.
Конструкция показанного клапана такова, что с момента до разъединения электродов и до окончания периода
паузы клапан 152, то есть полностью открытый:
5-ing to-_ поток газа через, вмещающий 148 человек.
Вместо того чтобы, как описано выше, согласовывать время работы частей таким образом, чтобы
гарантировать, что до удара по элементу поток газа 64) достигнет необходимой скорости:
Для быстрого гашения дуги в некоторых случаях этого может быть достаточно для целей изобретения, чтобы
обеспечить достижение указанной скорости на уровне, достаточном для полета со скоростью, близкой к или
превышающей скорость 6. Завершение половины цикла текущей волны после начала дуги.
Что касается размера предпочтительного зазора, то если предельный размер, ниже которого область может
восстановиться после прохождения 7 Ck через ноль, окажется очень малым, скажем, менее одного
сантиметра, как в данном случае, целесообразно предусмотреть несколько больший зазор для обеспечения
возможности аварийных ситуаций и с учетом коэффициента 75:
В данном случае было установлено, что полутора сантиметров достаточно для достижения такой степени
разделения, на которую электрод 10 должен перемещаться, а именно на два сантиметра, из-за его изогнутой
поверхности и изогнутой поверхности электрода 12. Целью конструктора автоматического выключателя
согласно настоящему изобретению должно быть обеспечение как можно более быстрого введения указанного
предпочтительного зазора при размыкании цепи. С этой целью скорость разделения электродов должна быть
максимально достижимой при конкретных условиях проектирования, и в качестве ориентира для нижнего
предела можно отметить, что эта скорость предпочтительно должна быть достаточно высокой, чтобы ввести
предпочтительный зазор в течение периода времени, эквивалентного половине цикла частоты системы, на
которой должен работать автоматический выключатель.
Если по конструктивным причинам высокая скорость разделения электродов, необходимая для высоких
напряжений и, следовательно, больший зазор, не может быть легко достигнута, зазор может быть обнаружен
более чем за один полупериод. Из рисунка станет очевидно, что рукавообразная свисающая часть 23
верхнего электрода 12 (которая предпочтительно простирается вниз на расстояние, приблизительно равное
предпочтительному расстоянию между контактами, упомянутому ранее) образует вместе с нижним
электродом 10 часть вышеупомянутого канала, по которому происходит поток газа. Эта часть 23 служит для
направления газа к каналу 25 по поверхности электрода 10, при этом поток газа направляется вокруг дуги и
вынужден оставаться в потоке на протяжении всего периода дугообразования. 120 Для предотвращения
искрения, а также для обеспечения того, чтобы основной поток газа проходил в непосредственной близости от
поверхности контакта 10, внутренняя стенка выступающей части 23 может быть облицована кварцем или
подобным материалом частично или по всей длине. Удобной конструкцией является такая, в которой
кварцевая трубка соответствующих размеров прикреплена только к одной из частей 13 (278,764). Следует
понимать, что изобретение не ограничивается такой конструкцией; например, вместо того, чтобы иметь форму
нижнего конца, как показано на чертежах, электрод может иметь V-образное расширение вниз, которое при
желании может иметь обтекаемую форму. Или нижний конец канала в электроде 12 может иметь диаметр,
приблизительно равный диаметру нижнего электрода 10, при этом отверстие канала слегка закруглено для
облегчения входа последнего между секцией S. верхнего электрода.
В дальнейшем варианте конструкции этих электродов нижний электрод может быть снабжен секциями,
аналогичными секциям верхнего электрода. Эти секции будут закреплены к основной части нижнего
электрода аналогичным образом, то есть так, чтобы они могли перемещаться навстречу друг другу и
отдаляться друг от друга, и будут снабжены пружинами, стремящимися сжать их вместе.
В основной части нижнего электрода будут образованы 90 боковых каналов, ведущих в центральный канал,
образованный между описанными выше деформирующимися секциями. Верхний электрод в этом случае
будет включать центральную цилиндрическую часть 95, закругленную на конце для легкого входа между
секциями нижнего электрода, а вокруг этой центральной части, а также секций нижнего электрода, когда части
a-находятся в зацеплении 100, будет цилиндрическое тело, которое само может быть выполнено из секций,
подобных секциям электрода 12, которые будут сжиматься вместе пружинами.
Эта центральная цилиндрическая часть и цилиндрический корпус 105 будут электрически соединены друг с
другом. Цилиндрический корпус верхнего электрода может быть снабжен выступающей вниз и более широкой
или расширяющейся частью, как в электроде 12; 110, однако, центральная цилиндрическая часть верхнего
электрода не будет выступать ниже ограниченной части канала в верхнем электроде. В этой конструкции,
когда электроды 115 находятся в зацеплении, газ сможет протекать через центральный канал в нижнем
электроде и оттуда через щели между податливыми секциями этого электрода в и вдоль канала 120,
образованного между центральной цилиндрической частью и цилиндрическим корпусом верхнего электрода.
Если цилиндрическая часть последнего электрода образована секциями, как указано выше, газ также сможет
125 протекать в канал этого электрода через щели между этими секциями.
Описанная выше конструкция отличается тем, что поперечное сечение отверстия 1301 разделяет секции, из
которых состоит верхний электрод. Когда только часть внутренней стенки выступающей части 23 облицована
кварцем или другим подходящим изоляционным материалом, эта облицовка предпочтительно располагается
у устья выступающей части 231, к которой она должна плотно прилегать, образуя с нижним электродом 10
кольцевое пространство, окружающее последний. Для достижения наилучших результатов площадь
поперечного сечения этого пространства должна быть такой же или приблизительно такой же, как площадь
поперечного сечения канала 25 в верхнем электроде 12.
1
,5 Упомянутое выше кольцевое пространство направляет поток газа в непосредственной близости от
электрода 10, обеспечивая тем самым достаточную равномерность потока газа по всему объему 20 и
предотвращая образование скопления горячего или ионизированного газа, практически неподвижного
относительно электродов.
Например, эта облицовка может представлять собой пластину, закрывающую отверстие 23-й вытянутой
части, за исключением центрального отверстия, которое вместе с нижним электродом образует упомянутое
выше кольцевое пространство. Это отверстие в пластине может быть с успехом расширено наружу, то есть в
сторону от верхнего электрода. Наличие изоляционной втулки указанного типа может быть особенно выгодно
при работе со сверхвысоким напряжением, где, если бы она не была облицована, вытянутая часть 23 должна
была бы иметь пропорционально больший диаметр, чем показано, чтобы предотвратить искрение между
стенкой этой части и электродом 10. В вышеуказанном случае следует отметить, что чем больше диаметр
вытянутой части, тем большее количество газа будет выходить на поверхности вытянутой части, удаленной
от дугообразующей поверхности электрода 10. При желании, упомянутый выше электрод 10 (особенно в
случаях, когда по нему должны проходить относительно большие токи) может быть рифленым,
перфорированным или иным образом сформированным таким образом, чтобы обеспечить в этом электроде
также возможность потока газа или газов, когда Электроды находятся в контакте. Например, этот электрод
может быть пронизан сверху отверстием 53, идущим вниз вдоль оси электрода на некоторое расстояние, а
затем выходящим сбоку от электрода через один или несколько каналов, через которые, когда электроды
находятся в контакте, газ может поступать в указанное отверстие, а затем подниматься через него (см. линии
цепи электрода на рисунке 2).
Хотя описанная здесь конкретная форма электрода 12 показала очень хорошие результаты, ее размер
составляет 278 764, а расстояние между практически эквипотенциальными внутренними и внешними
стенками канала может быть установлено независимо друг от друга, что может иметь существенное значение
на практике при работе со сверхвысоким напряжением, где токи, как правило, относительно малы, что требует
малого расстояния между эквипотенциальными стенками для предотвращения прогиба внутри указанного
канала, и где одновременно может потребоваться мощный газовый поток (который невозможно получить в
трубе того же диаметра, что и ширина указанного канала).
В модификации этой дополнительной конструкции стенка нижнего электрода, вместо того чтобы быть
состоящей из податливых секций, выполнена из цельного материала, внешняя сторона этой стенки входит в
зацепление с податливыми секциями 220 цилиндрического корпуса верхнего электрода, когда автоматический
выключатель замкнут. В этой модификации, когда части находятся в зацеплении, центральная
цилиндрическая часть верхнего электрода находится внутри центрального канала нижнего электрода,
отделенная от последнего кольцевым пространством, через которое может протекать газ, поступающий в
нижний электрод через боковые каналы, указанные выше, которые также присутствуют в этой модификации.
Чтобы предотвратить возможность отскока движущегося электрода 10 при открытии выключателя, может
быть предусмотрено 735 — при условии наличия подходящего средства, такого как пружинная защелка,
которая, воздействуя на часть рабочего механизма, позволит ему перемещаться в требуемом направлении
для открытия выключателя, но предотвратит случайное движение в противоположном направлении, которое
может настолько сократить зазор между электродами 12 и 10, что это приведет к искровому разряду и
перезапуску. В обеих показанных конструкциях дуга возникает на внутренней стенке канала 25, образованного
в одном из электродов, и гасится потоком газа вдоль этого канала. Расширение дуги, например, за счет изгиба
или образования петель внутри канала, предотвращается тем фактом, что дуга окружена практически
эквипотенциальными поверхностями высокой проводимости, которые стремятся к короткому замыканию
любой части дуги, которая начинает изгибаться или образовывать петли. Для достижения наилучших
результатов в этом отношении, по-видимому, диаметр этого канала 25 не должен существенно превышать
2601 — размер порядка удвоенного диаметра дугового кратера или ожога, образованного дугой между
контактами в течение всего цикла дугообразования. Для любого данного аппарата это можно предварительно
измерить в другом аппарате (который, однако, должен иметь электроды той же массы, что и используемые в
данном аппарате), используя низкое напряжение и ток того же значения, что и максимальный ток, который
необходимо использовать. При этом необходимо убедиться, что условия газа, давления газа и времени
возникновения дуги одинаковы в обоих случаях. Однако, если канал, определенный на основе таких
измерений, окажется слишком малым для обеспечения достаточной скорости потока газа, можно
использовать канал достаточно большого размера, чтобы обеспечить требуемую скорость, и вставить в канал
металлическую сетку (которая в некоторых случаях может иметь форму перегородки или центральной
цилиндрической части, простирающейся вдоль канала) вблизи места возникновения дуги. При этом
перфорации в сетке или зазор между центральной цилиндрической частью и окружающей стенкой канала
должны иметь размер, полученный из вышеупомянутых измерений. При использовании такой сетки следует
убедиться, что длина канала между сеткой и нижним концом канала, т.е. местом контакта, максимально мала,
чтобы избежать тенденции к удлинению дуги, которая может возникнуть при использовании большого канала,
как указано выше. Сетка, включающая центральную цилиндрическую перегородку, Вышеуказанное может
быть организовано таким образом, чтобы простираться до точки разъединения контакта, если нижний контакт
представляет собой гнездо типа 100. Эта сетка, центральная перегородка или часть будут находиться в
электрическом соединении с электродом 12. Такая конструкция с относительно большим каналом,
снабженным сеткой, имеющей в 10³¹² меньших каналов относительно короткой длины, предпочтительнее,
поскольку она оказывает меньшее трение на поток газа, чем конструкция (которая, тем не менее, еще должна
рассматриваться как подпадающая под действие настоящего изобретения), в которой множество каналов
полной длины, необходимых для аппарата, имеют диаметр, полученный из вышеуказанного измерения.
Следует понимать, что описанные здесь конструкции разработаны и предназначены для минимизации
распространения дуги при коротком замыкании, то есть для успешного решения наихудшего возможного
сценария. Следовательно, при нагрузках меньше, чем нагрузки при коротком замыкании, может наблюдаться
некоторое удлинение дуги. В аппаратах, к которым относится настоящее изобретение, часто предусмотрены
вторичные или вспомогательные контакты, которые, размыкаясь после разъединения основных контактов,
имеют 1130 ill 278 76 J.
В случаях, когда используется легковоспламеняющийся газ, такой как водород, может быть целесообразно
использовать обратный клапан на выходе из камеры, в которой расположены электроды, чтобы избежать
возможности образования взрывоопасной смеси воздуха и водорода в этой камере. Обратный клапан может
быть сконструирован таким образом, чтобы он открывался только тогда, когда давление в камере превышает
заданный предел, поскольку в некоторых случаях гашение дуги облегчается, если окружающий газ имеет
давление выше атмосферного.
Ввиду того, что всегда может быть сложно оценить скорость потока газа, достигаемую в системе
трубопроводов, подверженной (в заводских условиях) дополнениям и изменениям, целесообразно, чтобы
объем клапанной камеры 146 85 (рис. 21) или резервуара, открывающегося непосредственно в нее, был
пропорционален объему камеры таким образом, чтобы сразу же было достаточно газа для повышения
давления в камере 100 до необходимого уровня до момента разъединения контактов.
Теперь, подробно описав и определив природу нашего изобретения и способ его осуществления, мы
заявляем, что что бы ни было
Соседние файлы в папке патенты