187905. lajstromszámú szabadalom • Ívoltószerkezet villamos kapcsolókészülékekhez
1 187 905 2 A találmány tárgya ívoltószerkezet villamos kapcsolókészülék számára állóérintkezővel és mozgóérintkezővel, az érintkezők síkjára merőleges síkban elhelyezkedő fém ívoltólemezekből álló deionlemezes ívoltókamrával, az állóérintkezőtől az ívoltókamra egyik széléhez vezető fémből készült ívterelő szerelvénnyel, az ívoltókamra másik széléhez vezető, a mozgóérintkező nyitott állapotában azzal fémes kapcsolatban lévő ívterelő szerelvénnyel. A villamos kapcsolókészülékekben alkalmazott ívoltószerkezet feladata, hogy az áramkör kikapcsolása során az érintkezők szétválásakor keletkező villamos ívet minél rövidebb idő alatt kioltsa. Számos ívoltószerkezet önmagában ismert módon kialakított álló- és mozgóérintkezőből, ezekhez légréssel, vagy fémesen kapcsolódó ívterelö szerelvényből, valamint fémlemezekből álló úgynevezett deionlemezes ívoltókamrából épül fel. Az ilyen ívoltószerkezetek működési elve a következő: kikapcsoláskor az érintkezők között villamos ív keletkezik. A célszerűen kialakított áramhozzávezetések mágneses tere — az űn. mágneses fűvás - és az ivén átfolyó áram — az ún. íváram — kölcsönhatása révén elektromágneses erő hat a villamos ívre. Ennek következtében az ív talppontjai az érintkezőkről elmozdulnak és az ívterelő szerelvényre jutnak, amely az összefüggő ívet a deionlemezes ívoltókamra pereméhez vezeti. Közben az ívre ható erő tovább nő, az ívoszlop elemei először behajlanak a deionlemezek közé, majd azokon részekre szakadva sorbakapcsolt ívrészek keletkeznek. A deionlemezes ívoltókamrában lévő fémlemezek nagy felületen érintkeznek az egyes ívrészekkel és az ívrészek talppontjaival, így hatásosan hűtik azokat. A sorbakapcsolt ívrészekre eső ívfeszültség a katód- és anódesések megsokszorozódása miatt lényegesen nagyobb, mint az azonos hosszúságú összefüggő ívoszlopé. Az ívfeszültség megnövekedése az áramkör impedanciáját növeli, ami az íváram és ezáltal az ívoszlop hőmérsékletének további csökkenését eredményezi. A jelentős hőmérséklet csökkenés következtében az ívrészekben megindul a töltéshordozók rekombinációja és egyidejűleg csökken az ívtalppontok termikus emissziója. Az ívrészek átmérője rohamosan lecsökken és egyre több semleges gázatom, illetve molekula keletkezik. Az elektródaközben nő a villamos szigetelőképesség, a villamos ív kialszik, és az áramkör megszakad. Mivel a kikapcsoláskor keletkező villamos ívnek és az azt körülvevő forró gáztömegnek rendkívül nagy a roncsoló hatása, ezért az ívoltószerkezettel szemben támasztott legfontosabb követelmény az, hogy lehetőleg minél kisebb térfogatban, minél gyorsabb és hatékonyabb ívoltást biztosítson. Annak érdekében, hogy az ív keletkezésétől annak kialvásáíg eltelt idő, az ún. ívidő a lehető legrövidebb legyen, megfelelő konstrukciós kialakítással biztosítani kell a gyors ívmozgást az érintkezőkön cs az ívterelő szerelvényeken, az eredetileg összefüggő ívoszlop mielőbbi feldarabolását és a soros ívrészek keletkezését a deionlemezek között, végül az ívrészek hatékony hűtését. A fenti célokat az ismert megoldású ívoltószerkezetekkel úgy érik el, hogy az érintkezők áramhozzávezetéseinek és az ívterelő szerelvényeknek megfelelő kialakításával biztosítják a gyors ívmozgatáshoz szükséges nagyságú mágneses fúvást, továbbá a deionlemezek kivágási formájának és számának kellő megválasztásával érik el az, összefüggő ívoszlop feldarabolását és az ívoltást. E megoldások közös tulajdonsága, hogy adott elrendezés esetén az ívoltószerkezet megszakítóképességének növelését kizárólag a deionlemezek számának és méreteinek megnövelésével, valamint a deionlemezek közötti gyors ívmozgatással valósítják meg. A megszakítóképesség ilyen módon történő növelése esetenként jelentős térfogat és súlynövekedéssel, tehát végeredményben a gyártási költségek emelkedésével jár. Továbbá a deionlemezek közötti ivmozgás gyorsasága miatt műszaki problémák is felmerülhetnek. A gyors ívmozgás előnyös abból a szempontból, hogy a deionlemezek termikus igénybevétele csökken. Hátránya viszont az, hogy a deionlemezek nem tudják az ívet hatékonyan hűteni, mivel a gyorsan mozgó ívrészek nagyon rövid ideig tartózkodnak a lemezek között. A csekélyebb hűtőhatás miatt a töltéshordozók rekombinációja lelassul és az elektródaköz szigetelőképessége nehezebben áll helyre. A túl gyorsan mozgó ívrészek a deionlemezek közül könnyebben kijuthatnak és újra összefüggő ívoszlopot alkothatnak, ami ugyancsak csökkenti az ívoltás valószínűségét. Az ívoltószerkezetnek a legnagyobb megszakítóképességig terjedő bármilyen nagy áram megszakítását biztosítania kell. Az ismert megoldású ívoltószerkezeteknél gyakran tapasztalható hátrány, hogy a kisebb áramok tartományában lényegesen hosszabb ideig tart az ívoltás, ami az ívoltószerkezet gyors tönkremenését okozza. Ezt a legnagyobb megszakítóképességnél kisebb áramtartományt, amelynek megszakításához lényegesen hosszabb ívidő mérhető, kritikus áramtartománynak nevezzük. A találmány elé célul tűztük ki egy olyan ívoltókamra kialakítását, amely változatlan méretek mellett lényegesen nagyobb áramok megszakítására alkalmas, de ugyanakkor a közbenső kisebb áramok megszakításakor is rövid ívoltási időt biztosít, Nem rendelkezik tehát kritikus áramtartománnyal. A kitűzött célt a bevezetőben körülírt ívoltókamrával a találmány szerint úgy érjük el, hogy a rövid és hosszú deionlemezekből felépített ívoltókamrának az álló- és mozgóérintkezőtő! távolabbi fele lépcsősen van kialakítva oly módon, hogy az állóérintkezőtől vezető ívterelő szerelvény felőli oldalon a hosszú deionlemezek vannak elhelyezve, továbbá a rövid deion lemezeknek a mozgóérintkezőtői távolabbi feléhez szigetelőanyagból készült fojtóbetét illeszkedik. A hosszú és rövid deionlemezek közötti méretarány 1,25...2 között van, a hosszú deionlemezek és a rövid deionlemezek számának aránya pedig 0,5...2 között van. A fojtóbetét az ívoltókamrának megfelelően szintén lépcsős kialakítású és ahhoz térközzel illeszkedik. A találmány szerinti ívoltószerkezet alkalmazása lehetővé teszi, hogy adott térfogaton belül az ismeri megoldásokhoz képest 20...70 %-kal megnöveljük az ívoltószerkezet megszakítás! teljesítményét oly módon, hogy a közbenső kisebb áramok kikapcsolásakor is egyformán rövid ívoltási időt biztosít. A találmány szerinti ívoltószerkezetet részletesebben rajzok alapján ismertetjük. Az 1. ábra a találmány szerinti ívoltószerkezet kiviteli alakjánál alkalmazott deionlemezes ívoltókamra axonometrjkus rajza. A 2. ábra a találmány szerinti ívoltószerkezet kiviteli alakjának oldalnézete. Az 1. ábrán bemutatott deionlemezes ívoltókamra egymástól azonos távolságra párhuzamosan elhelyezeti rövid és hosszú 1 és 2 deionlemezekből épül fel. A rövid és hosszú 1 és 2 deionlemezek egyik oldala 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
