Контактна система вакуумної дугогасної камери

1. Контактна система вакуумної дугогасної камери, що складається з розташованих на одній осі рухомого і нерухомого контактів, між кінцями яких розташовані відповідно струмопроводи, феромагнітні або мідні основи та осаджені шляхом електронно-променевого випаровування на кожну C2 2 (19) 1 3 76737 4 Недоліком відомих технічних рішень є висока який є продуктом розкладу оксидів негативно собівартість виготовлення контактів по технології впливає на комутаційну стійкість контактів. порошкової металургії. Заготовки контактів мають Найбільш близькою та технічною сутністю до в основному форму дисків або циліндрів, що приззаявлюваного винаходу є контактна система вакуводить до невиправданих витрат дорогих матеріаумної дугогасної камери, яка описана [в патенті РФ лів (порошків хрому і міді) при наступній токарній №2158035 CZ HOI Н33/66, 33/0]. Як і в інших, опиобробці для надання контактам складних форм саних вище випадках робочий шар контактів даної контактуючих між собою поверхонь, наприклад контактної системи отримують методами порошсферичних або конічних. кової металургії, а потім з'єднують його з контактоОстаннім часом почали використовувати альтримачем шляхом пайки. тернативні методи отримання контактних матеріаРезультати аналізу властивостей відомих конлів для дугогасних камер [Патент України тактних матеріалів, що використовуються у вакуу№32368А від 15.12.2000р.]. Технологія їх отримних дугогасних камерах дозволяють зробити такі мання є суттєво простішою в порівнянні з методависновки: ми порошкової металургії. Контактний матеріал а) для виготовлення подібних матеріалів недля вакуумних дугогасних камер, що містить щообхідні вихідні компоненти із строго заданим хімічнайменше один із елементів підгруп міді, ванадію, ним та фракційним складом; хрому, вісмут або його замінники (свинець, телур, б) всі технологічні операції отримання, компакталій, сурму); нікель; оксиди міді та хрому отримутування та спікання порошків, повинні бути жорстють електронно-променевим випаровуванням меко регламентовані, щоб виключити будь яке можталевих та неметалевих матеріалів у вигляді бімеливе забруднення. Зробити це досить важко. талічної заготовки необхідної товщини за один Звідси випливає, що недоліками конструкції контатехнологічний цикл, нижня частина якої - шар міді ктної системи (прототипу) є складність при вигототовщиною 50...100мкм, а верхня - контактний мавленні заготовок робочого шару контактів методатеріал складу, мас. %: мідь 47...60, хром 50...20, ми порошкової металургії, що вимагає вилучення вісмут 0,5...5, нікель 0,8…4, оксиди міді 0,8...5, шкідливих домішок присутніх в порошках з яких оксиди хрому 0,9…6. Біметалічну листову заготоввиготовляються заготовки, неможливість досягти ку відділяють від підкладки й з неї виготовлюють високої щільності заготовок при спіканні, а також безпосередньо робочий шар, який потім напаюють необхідність при з'єднанні між собою деталей конна контактну основу (контактотримач), або до ротакту використовувати тверді припої з дорогоцінбочого шару зі сторони міді підпаюють струмопроних металів. Ці фактори негативно впливають на води. При необхідності осадження контактного комутаційну зносостійкість вакуумних дугогасних матеріалу здійснюється безпосередньо на контаккамер. тну основу (контактотримач) із міді або її сплавів. Метою даного винаходу є підвищення вимиДля зменшення рівня невідповідності коефіцієнтів каючої здатності і комутаційної зносостійкості, статеплового лінійного розширення матеріалу контакбілізації рівня струму "зрізу" в межах 1,5-2 А, зметотримача та робочого шару на міжфазній границі ншення пренапруг вакуумних дугогасних камер за формують перехідний шар з поступовим перехорахунок підвищення чистоти вихідних компонентів дом від чистої міді до матеріалу робочого шару. робочого шару контактів, оптимізації складу робоТовщина перехідного шару залежить від форми чого шару контактів, та вибору відповідної консконтактотримача, його габаритів та товщини шару трукції контактних систем вакуумних дугогасних контактного матеріалу і може змінюватися від 5 до камер. 200мкм. При такому варіанті формування робочого Мета досягається тим, що в контактній системі шару відпадає необхідність в пайці його до контаквакуумної дугогасної камери, яка складається з тотримача, оскільки хімічне сполучення робочого розташованих на одній осі рухомого і нерухомого шару та контактотримача відбувається безпосереконтактів, між кінцями яких розташовані відповідно дньо при конденсації. струмопроводи, феромагнітні або мідні основи, та Головною перевагою виготовлення контактів осаджені на кожну з основ робочі шари з композивакуумних дугогасних камер способом високошвиції міді і малолегованого сплаву на основі хрому, дкісного випаровування та послідуючої конденсації шляхом електронно-променевого випаровування, на нагріту підкладку металів і їх сплавів, крім екопри цьому для забезпечення високої відключаючої номії дорогих матеріалів (порошків хрому і міді) та здатності і комутаційної зносостійкості, стабілізації припоїв на основі срібла, є можливість отримати рівня струму "зрізу" в межах 1,5-2А, зменшення будь яку форму робочої поверхні контактів: плоспренапруг вакуумних дугогасних камер як один з ку, сферичну, або комбіновану. При цьому робоча основних компонентів робочого шару використоповерхня контактів повністю відтворює наперед вується малолегований сплав на основі хрому з задану конфігурацію основи з виконаними на ній таким вмістом компонентів, мас. %: лантан - 0,05пазами, виступами чи заглибленнями. 0,1; ітрій - 0,05-0,1; хром - решта, а загальне співЕкспериментальні дослідження контактів для відношення основних компонентів в робочому шадугогасних камер, виготовлених за технологією, рі, мас. %: малолегований сплав на основі хрому [описаною в патенті №323 68А], виявили деякі 25-50; мідь - 75-50. недоліки при використанні даних матеріалів. Було Використання в малолегованому сплаві хрому встановлено, що при замиканні-розмиканні контаккомпонентів лантану та ітрію дозволяє стабілізутів в результаті виникнення електричної дуги, яка вати величину струму "зрізу" в межах 1,5-2А і, відсупроводжує цей процес, має місце часткова диповідно, зменшити рівень перенапруг з 3,5-4А до соціація (розклад) оксидів міді та хрому. Кисень, 1,5-2А, які виникають при операціях відключення 5 76737 6 вакуумних дугогасних камер. ня невідповідності коефіцієнтів теплового лінійного Товщина робочого шару композиції з малолерозширення матеріалу контактотримача (мідь або гованого сплаву на основі хрому й міді, в залежносплави на її основі) і контактного матеріалу на місті від типу та параметрів камер, регулюється в жфазній границі формується перехідний шар від межах від 1 до 8мм та повністю відтворює конфічистої міді до контактного матеріалу. Робоче вигурацію основи з попередньо виконаними на ній паровування зливків міді проводять при струмі 3,1пазами, виступами чи заглибленнями. Самі повер3,3А, а малолегованого сплаву на основі хрому хні можуть бути плоскими, сферичними або коніч1-2,4А. Прискорююча напруга - 20кВ. При цьому ними, що спрощує механічну обробку, яка звошвидкість осадження міді та малолегованого диться тільки до забезпечення необхідної чистоти сплаву на основі хрому складає 35-50мкм/хв. обробки контактуючих поверхонь. Швидкість обертання оснастки з основами контакДля забезпечення жорсткості конструкції при тів 30...З6об/хв. замиканні контактів в заглибленнях феромагнітної В залежності від розмірів контактотримачів основи і струмоводу встановлюється диск, виготовдається за один технологічний цикл протягом 1-3 влений з ізоляційного матеріалу, наприклад керагодин можна отримати від кількох десятків до сотні міки, що повністю виключає шунтування струму контактів. при його проходженні від струмоводу через індукНа Фіг.3 зображено один з контактів; другий є тор до робочої поверхні контактів. дзеркальним відображенням першого, система з Електричні контакти різної форми отримували яких використовується в вакуумних дугогасних на модернізованій електронно-променевій устанокамерах з радіальним магнітним полем. Робочий вці УЄ-189, конструкція якої описана [в патенті шар 3.1 осаджується на мідну основу 3.3, в якій України №32368А]. Зливки міді отримували за донаперед виготовлені пази, що відтворюються на помогою електронно-променевого переплаву каконтактуючих поверхнях. тодної міді чистотою не нижче 99,98мас.%, а зливНа Фіг.4 і Фіг.5 зображені в розімкненому стані ки малолегованого сплаву на основі хрому на величину h варіанти можливих форм робочих індукційною плавкою в середовищі аргону лускоповерхонь: сферична 4.1; конічна 5.1, нанесених ватого хрому марки ЕРХ, ітрію марки ИТМ-1 та відповідно на основи 4.2 і 5.2. При цьому, контактні лантану хімічно чистого. системи можуть бути виготовлені для вакуумних Попередньо була виготовлена технологічна дугогасних камер, як з аксіальним Фіг.4, так і радіоснастка для нанесення робочого шару на основі альним Фіг.5 магнітними полями і навпаки. контактів, конструкція якої показана на Фіг.1. Вона На Фіг.6 зображено контактну систему вакуумскладається з диску 1.1 діаметром до 1000мм з ної дугогасної камери з аксіальним магнітним поотворами 1.2 для закріплення основ контактів і лем утворену рухомим 1 і нерухомим 2 контактавалу 1.3, через якій оснастці надається обертовий ми. Кожен контакт, в свою чергу, складається з рух для забезпечення рівномірного розподілу в робочого шару композиції мідь - малолегований об'ємі й отримання необхідної товщини робочого сплав на основі хрому, осадженого на феромагнітшару з малолегованого сплаву на основі хрому і ну основу 4, в якій наперед виготовлені радіальні міді в заданих співвідношеннях при виконанні техпази 5. Для забезпечення жорсткості конструкції в нологічного процесу. момент змикання контактів, з метою уникнення На Фіг.1а показана схема встановлення оснодеформації індуктора 9, в заглибленнях основи з ви (контактотримача) 1.4 в отвори оснастки 1.2. феромагнітного матеріалу і струмоводів 6, 7 встаНа Фіг.2 зображено феромагнітну основу з пановлюється диск 8 з ізоляційного матеріалу, назами 2.1, які в процесі нанесення робочого шару, приклад кераміки, ще однією функцією якого є відтворюються на контактуючих поверхнях і загливиключення шунтування струму, чим забезпечублення 2.2 для фіксації ізоляційного диску. ється підсилення аксіального магнітного поля при Технологічний процес отримання контактів проходженні струму від струмопроводів 6, 7 через проводиться таким чином. Основи з феромагнітної індуктор 9 до контактуючих поверхонь 3. сталі встановлюють в отвори оснастки, а сама Даний винахід відкриває принципово нові мооснастка, закріплюється на верхньому валу устажливості, як отримання нових матеріалів для конновки УЄ-189. Поверхню основ контактів, на які тактів, так і нових конструкцій контактних систем здійснюється конденсація, попередньо оброблявакуумних дугогасних камер. При цьому підвищують по 9-10 класу чистоти. В два із чотирьох мідється надійність вакуумних дугогасних камер, змених водоохолоджуваних тиглів розміщуються злиншуються витрати на їх виготовлення, які в кінцевки міді діаметром 98,5±0,1мм та довжиною до вому випадку ведуть до зменшення собівартості 700мм, а в два інших - зливки малолегованого вакуумних дугогасних камер. сплаву на основі хрому. По досягненні глибини Перелік патентів, на які даються посилання в заявці: вакууму в робочій камері установки УЄ-189 1,3 102 1. Патент РФ №2098880 від 26.12.1995р. Па вмикаються електронно-променеві нагрівачі за 2. Патент РФ №2158035 від 12.05.1998р. допомогою яких основи (контактотримачі) нагріва3. Патент РФ №2178927 від 19.06.2000р. ють до температури 1123±10K (850±10°С). Пара4. Патент України №32368А від 07.05.1999р. лельно рівномірно прогрівають поверхні зливків За прототип прийнято патент РФ №2158035 міді та малолегованого сплаву на основі хрому, від 12.05.1998р. доводячи їх до розплавлення. Для зменшення рів 7 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 76737 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601