CN101238534A - 具有控制体的自吹断路器 - Google Patents

Abstract

在一种自吹断路器中，内部接触(3)配备有控制体(9)，该控制体延伸到该外部接触(2)中或者朝向外部接触(2)延伸。控制体(9)将电弧强制到空心圆柱体形式的电弧区(10)中。由此实现快速的压力建立，由此可以改善用灭弧气体10对断路器的灭弧室(5)的供应。通过控制体(9)的适当的造型可以优化出入电弧区(10)的气体流动。

Description

具有控制体的自吹断路器

技术领域

本发明涉及一种特别是用于高或中压的根据权利要求1的前序部分所述的自吹断路器。

背景技术

在DE 19859764中记载了一种已知类型的自吹断路器(Selbstblasschalter)。该自吹断路器具有杆状的内部接触(触针)和环状的外部接触(瓣形接触(Kontakttulpe))。在断路器断开时，被电弧加热的气体流入到灭弧室中，该气体稍后从灭弧室被吹回到电弧区中并有助于将电弧熄灭。

在这种断路器中，电弧从绝缘壁烧蚀材料，由此压力增加，使得被加热的气体流入到灭弧室中并在以后可以被用作灭弧气体。

压力建立P近似地由P＝C·L·j²给出，其中C是常数，L是断路器喷嘴的长度，并且j是电流密度。对于电弧的中断来说，压力建立是重要的量。长度L不能任意地被增大，因为长度对开关速度和开关能量有影响。电流密度向上也受限，因为内部接触必须在电弧区中找到空间。此外，狭窄的断路器喷嘴允许较少次数的开关过程，因为对物质的烧蚀导致横截面增大，这按百分比大大影响小的喷嘴横截面。

在US 6207919、US 6215082和US 6281460中记载了用于熄灭电弧的替代可能性。在这些文献中所记载的中压断路器的情况下，在内部接触上布置有称为“尾端部分(trailing end portion)”的端头，该端头在断路器断开时进入电弧区中。

发明内容

本发明的任务在于，提供具有良好的断路特性的开头部分所述类型的断路器。

所述任务通过根据权利要求1所述的断路器得以实现。为此在内部接触(触针)上布置有与接触绝缘的控制体。该控制体从内部接触的接触区域沿着接触的轴朝向外部接触(瓣形接触)延伸或者延伸到该外部接触中。在断路器断开时产生的电弧区包围控制体。因此电弧区大致具有空心圆柱体的形状，这改善向壁的能量传输。该能量既可以向内壁(即控制体)排放，又可以向外壁排放。由此在给定的电弧强度的情况下使向壁的辐射负荷减半。

壁材料的烧蚀速度dm/dt由dm/dt＝υ·U·I/h给出，其中υ是射到壁上的电弧能量的部分，h是绝缘壁材料的蒸发焓，U和I是电压和电流。υ在很大程度上取决于电弧的温度分布图，以及取决于电弧外部的气体温度和材料，其中电弧在所述材料中燃烧。对于通常的断路器来说，υ的典型值为0.5，而对于空心圆柱体式的电弧区来说υ要大得多。因此可以快速地烧蚀材料和建立压力。同样在两个壁上进行材料烧蚀，由此可以提高烧蚀速率。但随着对材料的烧蚀而产生的电弧室几何变化按百分比来看比较小，使得断路器的寿命高。

在本发明的装置中，接触区域可以具有较大的直径，而不增加断路器喷嘴的直径并由此不增大压力损失。大的接触直径相对于接触烧损来说比较稳定。

此外改善了对电弧的冷却。

将这种系统使用在具有灭弧室的自吹断路器中导致重要的协同作用。在根据US 6207919、US 6215082和US 6281460的系统中，“尾端部分”最终仅仅用于熄灭电弧，而在本发明中使用控制体，用以修改电弧区的形状，使得实现高的压力，这允许有效率地对灭弧室装载。电弧被来自灭弧室的气体熄灭。

控制体优选地拥有具有不同直径的段，这些段在断路器断开时被引导经过灭弧通道的出口。由此控制体起到可变阀的作用，并且在电弧区和灭弧室之间以及在轴向方向上的气流阻力可以与时间有关地被改变，这允许进一步优化工艺。

有利地也布置用于在电弧区中产生磁场的磁场源。如此布置该磁场，使得该磁场在电弧区中具有关于断路器的轴径向的分量，使得电弧的带电粒子横向于轴被偏转。由此可以使带电粒子被强制到螺旋形轨道，这增加了电弧的有效长度并改善了断路能力。

在另一有益的实施方案中，在控制体中布置有介电常数ε＞＞1的材料，特别是铁电体。由此可以影响断开的断路器的场特性曲线。特别是可以避免场峰值。

附图说明

本发明的其它扩展方案、优点和应用由从属权利要求和现在下面根据附图的说明得出。在此：

图1示出在接通状态下通过断路器的截面图；

图2示出在断路器断开时在第一阶段中图1的断路器；

图3示出在断路器断开时在第二阶段中图1的断路器；

图4示出断路器的第二实施方案；

图5示出断路器的第三实施方案；

图6示出断路器的第四实施方案；和

图7示出断路器的第五实施方案。

具体实施方式

在图中所示的实施例分别围绕其轴1基本旋转对称地被构造，因此分别仅示出相应截面图的一半。

图1示出在接通(即导电)状态下断路器的第一实施方案。该断路器具有围绕轴1环形延伸的(通常)移动的第一或外部接触2(瓣形接触)以及通常被构造为管状或管状的(通常)静止的第二或内部接触3(触针)。这两个接触2、3可相互间在轴向方向上移动。外部接触2围绕内部接触3的中轴(轴1)环状地布置。

围绕接触2、3布置断路器体4，在所述断路器体中设有灭弧室5。如在图1中所示，灭弧室5可以是具有固定容积的简单室。但是，如由现有技术已知，所述室可以具有可变容积。特别是在切换小电流时，其容积在断路器断开期间可被减小，以便改善压力建立。

灭弧室5通过绝缘材料喷嘴中的灭弧通道6与断路器体4的内室7连通，在断路器断开时在所述内室中产生下面继续说明的电弧区。

在根据图1的接通状态下，内部接触3的接触区域8与外部接触2连接。

根据本发明，在内部接触3上布置有控制体9。该控制体从内部接触3的接触区域8沿着轴1延伸。在断路器的接通状态下，控制体向内延伸到外部接触2中。在下面将继续说明的断路器的断开状态下，视长度而定，控制体仍总是向内延伸到外部接触2中，或者至少从内部接触3朝向外部接触2延伸。

控制体9优选地至少在其外侧由与断路器体4的绝缘材料喷嘴或内侧相同的绝缘材料构成。为此优选地使用塑料、特别是PTFE。在根据图1的实施方案中，整个控制体9都由PTFE构成。使用塑料、特别是PTFE的优点是：被电弧烧蚀的材料有助于上述的压力建立并可用作灭弧气体。

在根据图1的实施方案中，控制体9具有直径不同的两个段9a、9b。第一段9a具有第一直径，且位于控制体9的背离内部接触3的一端上。第二段9b具有第二直径，所述第二直径大于第一直径。第二段布置在第一段9a的面向内部接触2的侧。

由在图2和3中所示的切断过程推断出根据图1的断路器的工作方式。

为了断开或切断断路器，将外部接触2与断路器体4一起沿着轴1从内部接触3与控制体9上拉离。在此，如在图2和3中所示，在所述接触之间产生电弧区10。电弧区10围绕控制体9延伸，并且因此大约具有空心圆柱体的形状。电弧区向外由断路器体4的内侧限定，向内由控制体9限定。电弧从两个体烧蚀材料，这导致压力建立。因为灭弧通道6的出口11布置在电弧区10处，所以气体可从电弧区10流入灭弧室5中。

在断路器断开时在图2所示的第一阶段期间，控制体9的第二段9b位于电弧区10和外部接触2的区域中。由此，在离开电弧区10并且特别是在经过外部接触2的接触区域的轴向方向上气流阻力比较高，使得在电弧区10中的压力建立相应地大，并且该压力最初排放到灭弧室5中。

如在图3中所示，如果继续移动内部接触3，那么控制体9的第一段9a到达到出口11的区域中。因为第一段9a与第二段9b相比具有较小的直径，所以电弧区10的气流阻力在相对第一接触2的轴向方向上减小，以及在出口11的区域中的气流阻力也减小，这便于灭弧气体现在开始回流到电弧区10中。灭弧气体使电弧冷却并且电流中断。

因此由于控制体的有针对性所选取的直径变化，可以支持气压建立。同时可以通过使金属蒸汽难于从电极流入到灭弧室5中来在热体积方面减少金属蒸汽。

在根据图1至3的实施方案中，借助于控制体9的表面的造型来控制出入电弧区10的气体流动。但也可以设想的是，在控制体9中布置一个或多个排泄通道12，如这在根据图4的第二实施方案中所示。排泄通道12在控制体9中例如可以具有隧道或槽的形状，利用这种排泄通道12可以在切断过程中在确定的时间有针对性地将气体从电弧区10的各个区域中引出。

在图5中示出了断路器的另一变型方案。这里，控制体9附加地具有第三段9c，该第三段布置在第二段9b的面向内部接触3的侧。第三段的直径小于第二段9b的直径。该实施方案尤其适用于大电流，其中在断开过程开始时，如果第三段9c处于出口11的区域中，则可以发生快速的压力建立。在下一阶段中，第二段(其可以具有比根据图1至3的直径略大的直径)处于出口11的区域中，并且难以及早地排出灭弧气体。在最后的阶段中，第一段9a到达出口，使得可以灭弧气体实际上不受妨碍地排出并将电弧熄灭。

在迄今所示的实施方案中，利用控制体的造型以时间有关的方式控制出或入电弧区10的气体流动，由此可以优化压力建立和灭弧过程。

在根据图6的实施方案中，在控制体9中布置例如由电介质或铁电体构成的具有介电常数ε＞＞1的材料部件(materialeinsatz)13。该材料部件在电弧被熄灭时影响电场分布并允许有效的场控制。

图7示出另一种有益的实施方案。这里，例如在内部接触3中布置永究磁体形式的磁场源14。磁场源14产生磁场15，在图7中部分地示出该磁场的场力线。该场的场向量在电弧区10的区域中具有相对于轴1径向的分量。该分量引起在内部电极3和外部电极2之间运动的带电等离子粒子在正切方向上(即垂直于轴1且垂直于径向)被加速，由此将开始部分已经说明的粒子强制在围绕控制体11的螺旋形路径上。由此延长了电弧的有效长度，这使得易于将所述电弧熄灭。

附图标记清单

1轴

2第一接触，外部接触(例如瓣形接触)

3第二接触，内部接触(例如触针)

4断路器体(包括绝缘材料喷嘴)

5灭弧室

6灭弧通道

7内室

8接触区域

9控制体

9a第一段

9b第二段

9c第三段

10电弧区

11出口

12排泄通道

13具有ε＞＞1的材料，电介质

14磁场源

15磁场

Claims (10)

1.自吹断路器，

具有内部接触(3)和外部接触(2)，其中所述外部接触(2)围绕所述内部接触(3)的中轴布置，其中在断路器接通时所述外部接触(2)与所述内部接触(3)的接触区域(8)相接触，其中为了将所述断路器断开，所述内部接触(3)和/或所述外部接触(2)可沿着轴(1)移动，或者在所述接触之间产生电弧区(10)，和

具有灭弧室(5)，所述灭弧室通过至少一个灭弧通道(6)与所述电弧区(10)相接触，使得气体可在所述电弧区(10)和所述灭弧室(5)之间来回移动，其特征在于，

在所述内部接触(3)上布置相对于所述接触(2，3)绝缘的控制体(9)，该控制体从所述内部接触(3)的接触区域(8)沿着所述轴(1)朝向所述外部接触(2)延伸或延伸到所述外部接触(2)中，其中所述电弧区(10)围绕所述控制体(9)延伸。

2.如权利要求1所述的自吹断路器，其特征在于，在所述断路器断开时所述灭弧通道(6)通入到围绕所述控制体(9)布置的所述电弧区(10)中。

3.如前述权利要求中任一项所述的自吹断路器，其特征在于，所述控制体(9)有具有不同直径的段(9a，9b，9c)。

4.如权利要求3所述的自吹断路器，其特征在于，所述控制体(9)有具有第一直径的第一段(9a)和具有第二直径的第二段(9b)，其中所述第二段(9b)布置在所述第一段(9a)的面向所述内部接触(3)的侧，使得在所述断路器断开时，首先所述第二段(9b)、然后所述第一段(9a)到达所述灭弧通道(6)的出口(11)。

5.如权利要求4所述的自吹断路器，其特征在于，所述控制体(9)有具有小于第二直径的第三直径的第三段(9c)，其中所述第三段(9c)布置在所述第二段(9b)的面向所述内部接触(3)的侧。

6.如前述权利要求中任一项所述的自吹断路器，其特征在于，所述控制体(9)的外侧由塑料、特别是PTFE制成。

7.如前述权利要求中任一项所述的自吹断路器，其特征在于，所述控制体(9)的外侧由与包围所述电弧区(10)的断路器体(4)的内侧相同的材料组成。

8.如前述权利要求中任一项所述的自吹断路器，其特征在于，用于在所述电弧区(10)中产生磁场(15)的磁场源(14)，其中所述磁场(15)在所述电弧区(10)中具有相对于所述轴(1)径向的分量，使得利用所述磁场(15)可使电弧中的带电粒子横向于所述轴(1)偏转。

9.如前述权利要求中任一项所述的自吹断路器，其特征在于，在所述控制体(9)中布置具有介电常数ε＞＞1的材料(13)、特别是铁电体。

10.如前述权利要求中任一项所述的自吹断路器，其特征在于，在所述控制体(9)中布置至少一个排泄通道(12)，用于将气体输送到所述电弧区(10)中和/或从所述电弧区(10)中引出。

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