CN100477046C - 具有带加长升高隆起的电弧流道的电气开关设备 - Google Patents

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Abstract

一种电气开关设备(1)，包括：一个负载端子(15)和一个线路端子(13)；一对可分离触点(63)；一个操作组件(66)，具有一个触点载体(29)，用于在打开位置和关闭位置之间移动而打开和关闭所述可分离触点(17，63)；电气开关设备(1)还包括一个电弧滑槽(83)和一个与一静止可分离触点(63)电连接并向所述电弧滑槽(83)延伸的电弧流道(75)，当所述可分离触点随所述导体组件(23)移动从关闭位置移动而打开时，给在所述可分离触点(63)之间放电的电弧提供一个路径。所述电弧流道(75)具有一个大致横向对中的纵向加长升高隆起(97)。

Description

具有带加长升高隆起的电弧流道的电气开关设备
发明领域
本发明涉及具有电弧流道(runner)的电气开关设备，该电弧流道将电弧从可分离触点，如：灭弧触点，传导到消除电弧的滑槽。
背景技术
用于电力分配系统的电气开关设备包括例如断路器、网络保护器、转换开关以及切断开关等装置。电力断路器一般用于连接配电网和电源。这种电力断路器必须能够在一段时间内承受高电流而不跳闸，以给网络中的断路器时间来响应并隔离故障，从而使工作中断局部化。因此，在电力断路器响应之前，它可能不得不中断一个相当大的电流。这导致当断路器触点打开时引起电弧。已经知道在靠近断路器触点的打开路径提供一个电弧滑槽。该电弧滑槽(chute)由多个横向于电弧延伸的间隔开的板构成。当触点打开时，电弧由电磁力传导到电弧板，将电弧冷却，并通过将其断开成几部分而提高了电弧电压，二者都有助于消除电弧。
已经知道使用电弧流道将电弧从静止触点驱赶到电弧腔室。见美国专利4,229,630。
一般，电弧形成在灭弧触点上，并跨过接合点移动到电弧流道。在低电流情况下，电弧上的电磁力可能不足以将电弧推动到跨过该接合点。电弧的一端可保持在静止灭弧触点上，严重地侵蚀触点。如果电弧不移动到电弧流道上，则它不能及时到达电弧滑槽来切断断路器。
美国专利5,969,314公开了一种具有多个可移动灭弧触点的空气断路器，其中使用了一个位于整体静止灭弧触点上方的电弧流道，以提供一个用于电弧向电弧滑槽的中心移动的表面。这样延长了电弧，在电弧板之间分割它，并冷却电弧气体，从而消除电弧并切断电流。当断路器打开时，位于电弧腔室部件中心的灭弧触点继续保持，导致电弧形成在电弧流道的中心。当在静止触点上产生电弧时，它更可能沿部件的一个尖锐边缘或角运行。在电弧流道的中心设有一个纵向垂直狭槽，向电弧提供一个朝电弧滑槽中心运动的吸引边缘。该狭槽的边缘促使电弧运动到电弧流道中心上方，靠近中心与电弧滑槽配合，并尽快消除电弧。但与电弧流道的外部边缘相比，该中心狭槽对于电弧没有更大的吸引力。
电弧可被吸引到静止灭弧触点，而不是电弧流道中狭槽的横向延伸边缘上。在较高电压和较低电流水平下(如：在IEC认证的单极中断测试中遇到的)，电弧进入电弧滑槽的电磁驱动力较小，且更难切断。电弧可运动到静止灭弧触点的一个边缘。这样可防止电弧运行到电弧流道上方。电弧可移动到电弧腔室的一侧，并不大会进入电弧板，可能会导致切断失败。
因此，需要电气开关设备，它具有改进的在电流切断过程中用于消除电弧的设置。
还特别需要这种改进的设置，用于将电弧从静止灭弧触点导引到电弧滑槽中。
还特别需要这种改进的设置，用于将电弧吸引到电弧流道的中心，并向电弧提供一个改进的路径，沿该路径到达电弧滑槽的中心，而不需要朝电弧腔室的侧部失速或漂移。
发明概述
本发明满足了这些以及其它需求，本发明涉及电气开关设备，其中断路器电弧流道包括一个纵向加长的升高隆起。该加长升高隆起优选地位于电弧形成位置的正上方，并提供了一个用于集中电荷的突起。这种结构通过给电弧提供最短的路径而将电弧保持在电弧流道的中心。加长升高隆起还提供了一个平滑的升高路径，电弧沿该路径在电弧流道高度上方进入电弧滑槽中心。
作为本发明的一个方面，一种电气开关设备包括：一个负载端子和一个线路端子；至少一对在所述负载导体与所述线路导体之间电连接的可分离触点；一个用于在打开位置和关闭位置之间移动而打开和关闭所述可分离触点的操作装置；一个位置靠近所述可分离触点的电弧滑槽；一个与其中一个所述可分离触点电连接的电弧流道，该电弧流道向所述电弧滑槽延伸，当所述可分离触点随所述操作装置从关闭位置移动而打开时，向在所述可分离触点之间放电的电弧提供一个路径，所述电弧流道具有一个大致横向对中的纵向加长升高隆起。
静止灭弧触点和所述电弧流道包括一个底面与线路端子接触的导电元件，一个形成所述静止触点的静止触点表面，和一个通向所述电弧滑槽的流道表面。
优选地，所述升高隆起包括一个位于所述流道表面上方的升高部分，和一个降低到靠近表面的位置的锥形部分，该表面位于静止触点表面与流道表面之间。所述锥形部分可位于所述静止触点表面上方。
可替换地，所述升高的隆起包括一个位于所述流道表面上方的升高部分，和一个降低到所述静止触点表面的锥形部分。所述锥形部分可与所述静止触点表面平齐。
可替换地，所述升高隆起可包括一个位于所述流道表面上方的升高部分，和一个突出到位于所述静止触点表面与所述流道表面之间的表面上方及所述静止触点表面上方的凸起部分。
可替换地，所述升高部分可包括一个位于所述流道表面上方的升高部分，和一个降低到偏离所述静止触点表面的一个位置的锥形部分。偏离所述静止触点表面的所述位置可以是位于所述流道表面上的一个位置。
优选地，所述静止触点与所述电弧流道成一体，从而消除其间的接合点。
作为本发明的另一方面，一种电气开关设备包括：一个负载导体和一个线路导体；一对主触点，包括一个可移动主触点和一个静止主触点，和一对可分离灭弧触点，包括一个可移动灭弧触点和一个静止灭弧触点，所述静止主触点和所述静止灭弧触点与所述线路导体电接触；一个将所述可移动主触点和所述可移动灭弧触点与所述线路导体电连接的操作装置，所述操作装置用于在打开位置和关闭位置之间移动而打开和关闭所述可分离触点对，并用于从所述主触点对和所述可分离灭弧触点对均关闭过渡到只有所述可分离灭弧触点对关闭而所述主触点对打开，到所述可分离灭弧触点对在其所述打开位置打开；一个位置靠近所述操作装置的电弧滑槽；一个与所述静止灭弧触点电连接的电弧流道，该电弧流道向所述电弧滑槽延伸，当所述可分离灭弧触点对随所述操作装置从关闭位置移动而打开时，向在所述可分离灭弧触点对之间放电的电弧提供一个路径，所述电弧流道具有一个大致横向对中的纵向加长升高隆起。
作为本发明的又一方面，一种电气开关设备包括：一个壳体；安装在所述壳体中的一个负载导体和一个线路导体；一对主触点，包括一个可移动主触点和一个静止主触点，和一对可分离灭弧触点，包括一个可移动灭弧触点和一个静止灭弧触点，所述静止主触点和所述静止灭弧触点与所述线路导体电接触；一个移动导体组件将所述可移动主触点和所述可移动灭弧触点与负载导体电连接，并包括一个触点载体，该触点载体安装成在打开位置和关闭位置之间移动而打开和关闭所述可分离触点对，至少一个接触头枢转安装在所述触点载体上，所述可移动灭弧触点靠近一个自由端，所述可移动主触点与所述自由端间隔开，以及触点弹簧装置，该触点弹簧装置枢转偏压所述至少一个接触头，从所述载体位于所述关闭位置的只有所述主触点对关闭，移动到所述主触点对和所述可分离灭弧触点对均关闭，移动到只有所述可分离灭弧触点对关闭而所述主触点对打开，移动到当所述载体移动到所述打开位置时所述对可分离灭弧触点打开；一个位置靠近所述移动导体的电弧滑槽；一个与所述静止灭弧触点电连接的电弧流道，该电弧流道向所述电弧滑槽延伸，当所述可分离灭弧触点对随所述移动导体组件从关闭位置移动而打开时，向在所述对可分离灭弧触点之间放电的电弧提供一个路径，所述电弧流道具有一个大致横向对中的纵向加长升高隆起。
附图说明
在结合附图阅读了对优选实施例的描述之后，将更全面地理解本发明，其中：
图1是装有本发明电弧流道的断路器的垂直剖视图，示出了位于完全关闭位置；
图2与图1相似，但示出了将在电弧前缘断开触点的接触头；
图3与图1相似，但示出了位于完全打开位置的触点载体；
图4是图1中电弧流道的等轴视图；
图5是图4的电弧流道的侧视图；
图6-8是与图5相似的视图，但示出了根据本发明替换实施例的电弧流道。
优选实施例的详细说明
本发明适用于电气开关装置，如断路器、网络保护器、转换开关及具有分离触点的切断开关，并以应用于具有主灭弧触点的电力断路器来描述。
图1-3中示出了一个具有壳体3的电力空气断路器1，它包括一个模制的前箱体5和后箱体7，它们共同限定了分别容纳一个极装置11的极腔室9。通常，断路器1具有三个极，每个极用于三相系统中的一相。图1-3是沿略有不同的直线剖开一个极腔室9的垂直剖视图，以显示相关部件。
每个极包括一个伸出到后箱体7外部而与一个交流(AC)电源连接的线侧导体或端子13。一个载荷导体或端子15同样伸出到后箱体7外部(见图2)而一般与负载网络(未图示)的导体连接。
每个极装置11具有一对主触点17，该对主触点17包括一个静止主触点19和移动主触点21。该移动导体组件23包括多个以轴向间隔开的关系安装在紧固于触点载体29中的枢转销27上的接触头(finger)25。触点载体29具有一个模制本体31和一对支腿33(图3中示出两个支腿33)，该对支腿33具有可旋转地支承在壳体3(图3)中的枢轴35。在关闭位置(图1)，从线路导体13经过关闭的主触点17、接触头25、柔性分路器95和载荷导体15完成回路(见图2)。
如图3中最佳看到的，触点载体29通过一个包括驱动销39的驱动连接件37而绕枢轴35旋转，该驱动销39穿过一个狭槽43安装在载体本体31中的横向通道41中，驱动销39通过平面45而键入该狭槽43中。驱动销39固定在一个驱动连接件47上，该驱动连接件47在载体本体31中的一个沟槽49(图1和2)中枢转。驱动连接件47的另一端通过一个销51枢转连接到位于一个极轴55上的极臂53上，该极轴55类似地与断路器1的其它极中的载体连接。极轴55通过安装于前箱体5的前部并由一个盖(未示出)封闭的以57示意性表示的操作机构旋转。
一个可移动触点21在与接触头的自由端间隔开的一个点固定到每个接触头25上。接触头25上邻近自由端的部分形成一个可移动灭弧触点或“电弧前缘”59。静止灭弧触点61与电弧前缘59一起形成一对灭弧触点63，并由示例性整体灭弧触点和流道65构成。
移动导体组件23、驱动连接件47和操作机构57构成一个操作装置66，用于在一个打开位置和一个关闭位置之间移动，从而打开和关闭主触点17和灭弧触点63。
尽管公开了一种示例性的操作装置66，用于在打开位置和关闭位置之间移动而打开和关闭可分离触点17、63，但本发明适用于任何适当的打开和关闭可分离触点的操作装置，例如：移动示例性接触头25而打开和关闭可分离触点的操作装置。
如图4中最佳看到的，整体灭弧触点和流道65是一个导电元件，具有一个有多个狭槽68和一个底面69的底部67，一个具有灭弧触点表面73的灭弧触点部分71，和一个具有流道表面77的流道部分75。在优选实施例中，整体灭弧触点和流道65是一个由铜或镀镍、铜或其它材料的钢制造的金属片元件。例如：如图2所示，整体灭弧触点和流道65由一个螺栓79安装在线路导体13上，该螺栓79延伸穿过一个支承块81、底部67的其中一个狭槽68和线路导体13，并由一个坐落于壳体3的狭槽82中的螺母80紧固。
尽管图中示出了一个示例性的支承块81，但该支承块可由从后箱体7突出的适当突起来代替。另外，可以使用自支承整体灭弧触点和流道，而不需要支承块。此外，还可由后箱体7提供进一步的支承。尽管在示例性流道65中示出了狭槽68，但可以使用很多种的一个或多个其它开口(如：孔)用作紧固件。作为另一个替代方案，整体灭弧触点和流道65不必由螺栓79和螺母80来拧紧，而是可以适当地焊接、铜焊、铆接和/或由任何适当的机械紧固件来紧固。
整体灭弧触点和流道65的灭弧触点表面73平行于静止主触点19，但进一步横向朝可移动灭弧触点或电弧前缘59延伸，用于下面将要讨论的目的。流道部分75与灭弧触点部分71形成一个钝角a(图2)，并向上向外伸向一个位置邻近灭弧触点63的电弧滑槽83的一侧。因此，金属片元件65在形成灭弧触点部分71和流道部分75时弯成一个小于90度的角度b(图2)。电弧滑槽，如：83是已知的，包括多个由一对电弧侧板87(仅图示出一个)以间隔开的关系保持的电弧板85。一个顶部电弧板89位于电弧滑槽83的另一侧，向下延伸并指向可移动灭弧触点59，同样用于下面要讨论的目的。
尽管示出了一个示例性角度b，但本发明适用于更大或更小的角度(如：约0度或更小，其中电弧滑槽没有电弧滑槽83的宽度那样宽，且使用的电弧板85更少)。
接触头25由坐落于载体本体31的凹槽93中的成对的螺旋压缩弹簧91(相对于图1-3)顺时针偏压。美国专利5,969,314描述了通过操作操作机构57、极轴55、移动导体组件23和触点载体29来打开和关闭触点17、63，其内容这里作为参考引入。
如果在断路器启动装置响应过载或短路而打开时，电流由断路器1承载，则由电弧中保持的电流产生的电磁力将电弧朝电弧滑槽83向外推动，以使位于静止灭弧触点61的电弧的端部将整体灭弧触点和流道65的灭弧触点部分71向上移动到流道部分75上。与此同时，如图3所示，触点载体29的快速打开将电弧前缘59；带到靠近电弧顶板89的自由端，因而电弧从电弧前缘59延伸到电弧顶板，并将该电弧顶板向上移动到电弧板85中，电弧板85将电弧断开成更短的部分。众所周知，将电弧拉伸并断开成较小的部分提高了电弧电压。电弧电压的提高以及由于电弧板85的烧蚀而导致的电弧的冷却促进了电弧的中断。
触点载体29具有一个特点(图1中的凹槽107)，它将电弧集中静止灭弧触点61的中心附近，因而有助于将电弧引向图4中的纵向加长升高的隆起97。而加长升高的隆起97又将电弧向上引向电弧滑槽83。隆起97优选地定位在电弧形成位置的正上方，并集中电荷。隆起97通过给电弧提供最短的路径而将电弧保持在整体灭弧触点和流道65的中心。隆起97还提供了一个平滑的升起的路径，电弧沿该路径向上延伸到整体灭弧触点和流道65的上方，进入电弧滑槽83的中心。
优选的设计使整体灭弧触点和流道65的外部轮廓的任何角落平滑，并将如图4中99所示的外部边缘的前角倒圆，以便消除任何可吸引电弧的特征。
位于整体灭弧触点和流道65中心的加长升高隆起97优选地通过在冲压电弧流道部件的工具中以“半刺穿”向上形成材料(即朝图1-3和5中的左侧)而制成。同样，电弧流道边缘99的倒圆的前角优选地通过提高工具中的普通“塌角”(die-roll)或者通过用一个成形工具向后形成材料而制成。
如图5中最佳看到的，加长升高隆起97包括一个位于流道表面77上方的升高部分100，和一个降低到靠近弧形表面102的位置的锥形部分101，该弧形表面102位于静止触点表面73与流道表面77之间。
图6-8是与图5相似的视图，但具有根据本发明替代实施例的不同的电弧流道65’、65”和65”’。如图6所示，升高的隆起97’包括一个位于流道表面77’上方的升高部分100’，和一个降低到静止触点表面73的锥形部分101’。优选地，锥形部分101’与静止触点表面73平齐。
如图7所示，加长升高隆起97”包括一个位于流道表面77”上方的升高部分100”，和一个突出到表面102”上方及静止触点表面73上方的凸起部分101”。
如图8所示，升高部分97”’包括一个位于流道表面77”’上方的升高部分100”’，和一个降低到流道表面77”’上的一个位置的锥形部分101”’，该位置偏离静止触点表面73。
优选地，静止灭弧触点61和流道部分75成为一体，从而消除这两个元件之间的接合点。这提供了一个从电弧产生点到整体灭弧触点和流道65的顶部的单一的平滑表面。结果提高了电弧移动到整体灭弧触点和流道65上方进入电弧滑槽83中的速度，即使在较低的电流水平上。另外，在灭弧触点61上没有顶部边缘，这样可将电弧引向电弧滑槽83的一侧。
示例性的整体灭弧触点和流道65还具有一个位于灭弧触点部分71和流道部分75之间的弧形部分98，该弧形部分98使弧形表面102没有任何尖锐的横向边缘，该横向边缘否则会将电弧导引到侧部，或者导致电弧向电弧滑槽83的移动停顿。
如从图2中可看到的，接触头25的尾端103由弹簧91偏压在载体本体31上的止动突起105上。该止动突起105的中心具有一个凹槽107(见图1)，当触点载体29没有位于关闭位置时，该凹槽107允许中心接触头25在顺时针方向比外部接触头(见图3)更进一步旋转。因此，在关闭过程中首先接触的是位于中心接触头25上的灭弧触点59。更重要的是，它们在打开时是最后分开的，因而电弧主要在位于中心的灭弧触点之间放电。
示例性的整体灭弧触点和流道65以及加长升高隆起97在比现有电弧流道中的断路器更高的电压等级上提高了断路器1的断弧性能。示例性的加长升高隆起97提供了一个平滑的升高路径，电弧沿该路径在整体灭弧触点和流道的高度上方延伸到电弧滑槽83的中心。该加长升高隆起吸引并将电弧集中，而不是在电弧流道的外边缘。否则，电弧在进入滑槽之前可能会暂停。
虽然已经详细描述了本发明的特定实施例，本领域的技术人员应当理解，根据这里所公开的教导，可以作出各种各样的修改和变化。因此，所公开的特定实施例只是示例性的，并不是要限制本发明的范围，本发明的范围是由所附的权利要求及其所有等同物给出的。

Claims (10)

1.一种电气开关设备(1)，包括：
至少一对在负载端子(15)与线路端子(13)之间电连接的可分离触点(17，63)；
一个用于在打开位置和关闭位置之间移动而打开和关闭所述可分离触点(17，63)的操作组件(66)；
一个位于所述可分离触点(17，63)附近的电弧滑槽(83)；
一个电弧流道(75)，与所述可分离触点(17，63)之一电连接，并向所述电弧滑槽(83)延伸，当所述可分离触点随所述操作组件(66)从关闭位置移动而打开时，给在所述可分离触点(17，63)之间放电的电弧提供一个路径，所述电弧流道(75)具有一个横向对中的纵向加长升高隆起(97，97’，97”)；
所述可分离触点(17，63)包括一个静止触点(61)和一个可移动灭弧触点(59)；所述静止触点(61)和所述电弧流道(75)与所述线路端子(13)电连接；静止触点表面(73)形成所述静止触点(61)，以及流道表面(77)引向所述电弧滑槽(83)。
2.根据权利要求1的电气开关设备，其中所述升高的隆起(97，97’)包括一个位于所述流道表面(77，77’)上方的升高部分(100，100’)，和一个降低到所述静止触点表面(73)和所述流道表面(77)的锥形部分(101，101’)。
3.根据权利要求2的电气开关设备，其中所述锥形部分(101)位于所述静止触点表面(73)上方。
4.根据权利要求2的电气开关设备，其中所述锥形部分(101’)与所述静止触点表面(73)齐平。
5.根据权利要求1的电气开关设备，其中所述升高隆起(97”)包括一个位于所述流道表面(77”)上方的升高部分(100”)，和一个突出到位于所述静止触点表面(73)与所述流道表面(77”)之间的表面(102”)上方及所述静止触点表面(73)上方的凸起部分(101”)。
6.根据权利要求1-5中任何一个所述的电气开关设备，其中所述静止触点(61)和所述电弧流道(75)包括一个具有与所述线路端子(13)接触的底面(69)的导电元件(65)。
7.根据权利要求6的电气开关设备，其中形成所述静止触点(61)并具有导电元件(65)的静止触点表面(73)横向于所述底面(69)，并与所述流道表面(77)成一个钝角(a)。
8.根据权利要求1-5中任何一个的电气开关设备，其中所述静止触点(61)与所述电弧流道(75)成一体，从而消除其间的接合点。
9.根据权利要求1-5中任何一个的电气开关设备，其中至少一对可分离灭弧触点(17，63)包括一对主触点(17)，它包括一个可移动主触点(21)和一个静止主触点(19)；所述操作组件(66)将所述可移动主触点(21)和所述可移动灭弧触点(59)与所述线路端子(13)电连接，并能从所述主触点对(17)和所述可分离灭弧触点对(63)均关闭过渡到只有所述可分离灭弧触点对(63)关闭而所述主触点对(17)打开，到所述可分离灭弧触点对(63)在其所述打开位置打开。
10.根据权利要求9的电气开关设备，其中所述操作组件(66)包括至少一个枢转安装在一个触点载体(29)上的接触头(25)，使所述可移动灭弧触点(59)靠近一个自由端，所述可移动主触点(21)与所述自由端间隔开，还包括枢转偏压所述至少一个接触头(25)的触点弹簧装置(91)。
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