Конструкция вакуумной камеры

Конструкция вакуумной камеры достаточно проста (рис. 12) [7 – 9],
она состоит из пары контактов – 4, 5 (контакт 5 подвижный), заключенных в вакуумно-плотную оболочку, спаянную из кера­мических или стеклянных изоляторов 3, 7, верхней 2 и нижней 8 металлических крышек и металлического экрана 6. Перемещение подвижного контакта 5 относительно неподвижного 4 обеспечивается путем применения сильфона 9. Выводы 1, 10 камеры служат для подключения ее к главной токоведущей цепи выключателя. Для изготовления оболочки вакуумной камеры применяются только специальные вакуумно-плотные очищенные от растворенных газов металлы – медь и специальные сплавы, а также керамика определенного состава.

Контакты вакуумной камеры изготавливаются из металлокерамической композиции (как правило, это «медь – хром» в соотношении 50 % – 50 % или
70 % – 30 %), обеспечивающей высокую отключающую способность, износостойкость и препятствующей возникновению точек сваривания на поверхности контактов.

Цилиндрические керамические изоляторы совместно с вакуумным промежутком при разведенных контактах обеспечивают изоляцию между выводами камеры при отключенном положении выключателя.

Одним из важных компонентов в конструкции современных вакуумных камер является металлический экран, предназначенный для того, чтобы «перехватывать» и адсорбировать на себе образующийся при коммутациях металлический пар, не допуская возникновения налета металла на изоляционных деталях камеры, увеличивая тем самым ее долговечность (коммутационный ресурс). Опыты показали, что наибольшая эффективность экранирования и максимальная отключающая способность камеры достигаются при нахождении экрана под «плавающим» потенциалом относительно ее выводов.

В мировой практике используется достаточно большое количество видов конструкции вакуумных дугогасительных камер, однако, всем им присущи
в том или ином виде технические решения и элементы конструкции, описанные выше.

Уровень вакуума (остаточное давление газов) в современных промышленных дугогасительных камерах обычно составляет 10^-7 – 10^-6 Па.

Контакты необходимы в любом механическом коммутационном устройстве (выключателе), поскольку выполняют двоякую задачу – пропускают ток (зачастую довольно большой) при пребывании выключателя во включенном состоянии и выдерживают приложенное напряжение при отключенном выключателе. Однако в вакуумном выключателе контакты также обеспечивают среду горения дуги при переходе выключателя из включенного состояния в отключенное. Таким образом, контактный материал вакуумных камер должен иметь:

хорошую электропроводность для минимизации электрических потерь при протекании тока;

достаточную теплопроводность для улучшения отвода тепла, выделяющегося при протекании тока по контактам (поскольку вакуум обладает замечательными теплоизолирующими свойствами);

хорошие диэлектрические качества для обеспечения электропрочности вакуумного промежутка при отключенном состоянии выключателя;

устойчивость к коммутационному перенапряжению (малый ток среза).

способность противостоять свариванию или легко разрывать образовавшиеся точки сварок;

механическую стабильность при работе в условиях значительных циклических ударных нагрузок;

Устойчивость контактов вакуумной дугогасительной камеры к свариванию является одним из важнейших ее качеств. Известно, что металлические детали, прижатые друг к другу в атмосфере вакуума, подвержены холодной сварке, поскольку на их поверхностях не могут образоваться окислы, препятствующие этому процессу. Данный фактор не позволяет применять в конструкции камеры контакты розеточного, ножевого и скользящего типов. К тому же, контакты подвергаются воздействию сквозных токов короткого замыкания, расплавляющих металл в отдельных точках поверхности из-за высокой плотности тока в них, вследствие чего в этих точках образуются участки сварки. Эта проблема была одной из причин, задержавших развитие вакуумной коммутационной техники более чем на двадцать лет. В настоящее вре­мя проблема сваривания контактов преодолена путем одновременного внедрения нескольких технических решений в конструкцию вакуумной камеры и вакуумного выключателя. Прежде всего были разработаны специальные металлокерами­ческие контактные накладки, имеющие, с одной стороны, высокую устойчивость к образованию сварок, а с другой – зернистую структуру, благодаря которой уже образовавшиеся точки сварки могли быть легко разорваны приводом выключателя. Примером такого материала является широко используемая в настоящее время во всем мире композиция «медь – хром» 70 % –
30 %. Кроме того, были созданы приводы, обеспечивающие довольно значительное усилие (2000 – 3000 Н) дополнительного поджатия контактов для предотвращения электродинамического отброса контактов и снижения их переходного сопротивления. И, наконец, приводы были сконструированы так, что создаваемые усилия на разрыв при отключении выключателя были дос­таточны для преодоления возможных сварок контактов и их размыкания. Найденные решения позволили использовать вакуум в качестве среды дугогашения в промышленных выключателях.