CN1016123B - 具有自膨胀和旋转电弧的电路断路器 - Google Patents

Abstract

具有自膨胀和旋转电弧的电路断路器。

一种用SF6气体绝缘的具有自膨胀和旋转电弧的电路断路器，包括一固定在一个磁吹线圈的前端面上的固定弧触头。

一个电极与固定弧触头电绝缘，并覆盖靠分流电路连接线圈相对端的该线圈的前端面。当短路电流的值超过预定极限时，电极用来吸收一部份电弧电流，使得由线圈在开断区内产生的磁场基本上保持不变。

Description

本发明涉及一种具有自膨胀和旋转电弧的电路断路器，该断路器装在一封闭的外壳内，壳内充有高绝缘强度的绝缘气体，如六氟化硫气体，并且包括一个安置在第一灭弧室内的灭弧装置，能够通过排气道与一个相邻的第二膨胀室相通，所说的每个极的灭弧装置包括：

一个可分开的触头系统，具有一个滑动安装在第一室内的可动的电弧触头部件，并能在闭合位置上与一固定或半固定的电弧触头部件闭合;

一个磁吹线圈被安置在第一室内，用来在开断区内产生一个磁场当电弧触头部件分离时，该磁场可以使电弧旋转;

在中空的电弧触头部件里的联系通道用来组成所说的排气道，使压缩气体从第一室排到第二膨胀室;

以及，一个在开断区内吸收电弧的电极。

在所述的这种已有断路器中，电弧吸收电极靠近线圈的前端面，并且固定的管状物或半固定弧触头被装在线圈里侧，比该电极稍退后的位置上。在触头分开后，电弧向该电极方向的开断使消弧线圈激励，在该状态下当气体通过消弧室和膨胀室之间的联络通道排出时，由于磁场作用，电弧集中效应通过气吹而得到强化，结果粘连在电极上的电弧的根部有可能在固定弧触头上重燃，致使线圈几乎完全被分流，电弧区的磁场的减小使电弧根部的转动停止，这时灭弧是危险的。

当发生短路时，一般整个电弧电流都流过该线圈，在开断区引起一个强磁场，由于该磁场的作用，电弧的过快旋转会妨碍电弧的冷却。

本发明的目的是提供一种具有自膨胀和旋转电弧的断路器，它有一个可靠的灭弧装置，不会产生磁吹线圈去激的危险。

按照本发明的断路器，其特征是固定或半固定的弧触头被线圈轴向围绕，线圈和触头与前端面相连的一端电连接，而电极通过一个间隙与固定弧触头和上述前端面之间电绝缘，并且由一个分流电路与线圈的另一端连接，电极位于灭弧室内，在线圈的外面，所说的电极用来吸收一部份电弧电流，这样，当短路电流值超过预定的临界值时，开断区中由线圈产生的电场可以基本上保持不变。

电极盖住线圈的前端面，在它们之间具有所说的绝缘间隙，并呈现一个环形的电弧吸收边界，允许可动弧触头部件轴向地通过并到达闭合位置，固定弧触头部件装在相对于所说的电极的边稍后一点的位置上。

当电弧电流不太高时，在固定和可动弧触头部件之间，电弧保持稳定，由于永久励磁的线圈产生的磁场作用，电弧保持旋转移动。这时电弧不会迁移到电极上，使分流电路上出现电流。而在发生大规模短路的情况下，电流超过预定值时，就会在线圈和分流电路中自动地分配电流，激励线圈的电流被限制在一定的数值内，即可以控制电弧区内的磁场所允许的最大幅值，使过量的电流通过分流电路分流。

电极的环形边最好装有一个金属的回旋延伸部件，特别是圆柱体的或可弯曲的，从沿可动弧触头部件的第一个支撑管的方向上，从固定弧触头部件上延伸出来。

该电极也能起到冷却元件的作用，参与开断区内电弧的消除游离过程。

其它优点和特征从下面对本发明的一个实施例的描述中变得更加 清楚明显，参照对应的附图，仅仅作为一个非限定的实例，其中：

图1是按照本发明的一个自膨胀断路器极部件的正面轴向部分视图，上半视图表示在闭合位置，下半视图表示在断开位置。

图2是图1的放大比例的局部视图，表示灭弧装置的布置。

图3是图2的变形。

图4是图2的另一种变形。

在图1和图2中，一个电路断路器极包括一个按热膨胀和旋转电弧原理构成的自吹式灭弧装置10，该极装在一个封闭的圆柱形外壳12内，在一定压力下，壳内充满具有高绝缘强度的负电性的绝缘气体。特别是六氟化硫SF₆气体，在绝缘材料的外壳12的内部，分为含有灭弧装置10的一熄弧沟或灭弧室14和至少一个第二膨胀室16，允许来自第一灭弧室14的开断气体排出。该电路断路器包括一对空心的可分开的弧触头18、20，安置在第一室14里，并且和外壳12的轴向成一直线，无故障时传导额定电流的主触头系统没在图中表示。

可移动的弧触头18由电材料制成的第一支撑管22支撑，轴向滑动地穿过第一灭弧室14的圆柱形曲面壁24。管22紧固在一根操作机构控制棒上（未示出），具有一轴向管26，该管道通过孔28与第二膨胀室16相联。

固定弧触头20由一环形的导电导向装置构成，导向装置的内径等于可动弧触头18的内径，使触头18、20能在闭合位置上相配合。固定弧触头导向装置20组成一个短路环，通过焊接固定在电磁线圈32的前端面，当弧触头18、20分开时，使拉长的电弧旋转。圆柱形线圈32固定安置在第一室14内，由穿过相对室14另一壁 24的壁36的导电材料制成的第二固定支撑管34支撑。轴向管道38装在第二支撑管34内，通过孔40和膨胀室16相通。一个圆柱形隔板42围绕两个曲面壁24、36，用来组成该极的第一灭弧室14。隔板42可以是任何适当的形状，例如采用球面形的或椭球面形的。固定弧触头20的一边和铁磁性材料的空心内套管44相接，并由带有绝缘外皮46的线圈32同轴环绕。线圈32的端部之一是与固定弧触头导向装置20的尾部导电连接，同时，另外一端和第二支撑管34相连的导电套管相连。固定螺栓49将线圈32紧固在套管48上。

环形电极50通过分流电路导体52和套管48相连，并在第一灭弧室14里延伸地环绕住线圈32。电极50由沿着线圈32的前端面30弯曲地延伸的导电环构成，被一个具有小厚度的轴向间隙54与后者分开。环形电极50的内径大于滑动的弧触头18的外径，使得后者能与固定弧触头20在闭合位置上配合。固定弧触头20相对于电极50的自由端在轴向上位于稍后一点的位置上。

按照图1和2的电路断路器的灭弧装置10的工作是这样的：

在断路器跳闸状态下主触头（未示出）断开后，故障电流流经线圈32后，引到弧触头18、20的电路上开断。弧触头18、20的分离，在开断区56产生一电弧×，该电弧明显地位于第一室14的中心区。在开断区56中的线圈32产生磁场B，致使电弧×在固定弧触头20的环形导向装置上高速旋转。旋转的电弧加热SF₆气体，使第一室14内的压力增加，在第二膨胀室16的方向上，一个轴向压缩气流沿相反的方向流过排气管道26、38，当第一灭弧室14内的可动弧触头18移动一段距离后，电弧×的旋转运动结合反 向的双重气体吹弧保证电弧能快速地熄灭。

在图2中，可以看到开断区56内的电弧×的旋转是由于磁场B。的径向分量BR的作用（见图中点M），磁场B的轴向分量Ba有助于保持电弧×接近中心，从而增强电弧根稳定在固定20和可动18弧触头上。向心的气吹力使电弧×的这种集中效应加强，在自膨胀状态下，产生一个反向双倍气流穿过排气道26、38。磁场B的综合作用和电弧上的气吹作用，保证了线圈32的连续激励。

对于很高的短路电流，电弧的一小部分Y由电极50吸合，用这种方法对流过线圈32和外分流电路52的电弧电流加以分配。在开断情况下，线圈32的激励是不被中断的，这是由于与Y分量平行的电弧电流×分量的作用。在开断区56中磁场B的强度受到预定极限值的限制，与短路电流值无关，这个使电弧迁移到分流电路52的电极50上的极限值取决于轴向间隙54的厚度，取决于装在第一灭弧室14内的电极50的形状和空间位置，也取决于制成分流电路52的导电材料的电阻率。电弧电流的附加分量Y流过分流电路52而旁路线圈32。由于磁场B的作用，电弧分量Y也旋转移动，并且一旦电弧电流强度降到某一预定值以下就消失。

除了磁场调节器的功能之外，在灭弧室14里具有一个环形金属电极50，使得电弧根部被冷却到能进一步灭弧，电极50是由铜或铜合金材料制成。

电极50在由线圈32产生的磁场B和电弧电流之间也能作为一个有相位差的环，从而改善磁吹效果，特别是在电流过零时。因此，如果在磁场和电流之间没有相位移的要求时，能提供一径向槽。

触发电极50可以有不同的形状，如图3所示，最好是圆柱形的 轴向套管（下半图）构成一分流电路52的径向导电环的外延部件，或者从固定弧触头20（上半图）伸出导电材料的曲面外延部件50b。

按照另一实施例（图中未示出），在移动中的可动弧触头18也能与一个承受回复弹簧作用的半固定弧触头相配合，或者与一个具有漏斗形触指形式的弧触头20相配合。

一个由绝缘材料制成的中间圆盘60可插在轴向间隙54中，该间隙安置在电极50和线圈32的前端面30之间。

按照本发明的另一可替换的实施例，如图4所示，有一个第二环形电极62可与分流电路52的电极50相伴随。由一个垫片64决定一个轴向位移，将两个同轴的电极50、62分开，第二电极62的内径大于第一电极50的内径。

Claims (9)

1、一种具有自膨胀和旋转电弧的电路断路器，装在一个充有高绝缘强度的绝缘气体的封闭外壳内，特别是六氟化硫气体，包括一安置在第一灭弧室内的灭弧装置，能借助于排气道与相邻的第二膨胀室相通，所说的每一断口的灭弧装置包括：

一个可分离的触头系统，具有一滑动安装在第一室内的可动弧触头部件，并能在闭合位置上与一个固定或半固定弧触头部件相配合；

一个开断区，设在所述固定和可动弧触头部件的断开位置之间，当弧触头部件分离时，电弧被吸入该开断区；

一个磁吹线圈，装在第一室内，用来在开断区内产生一个磁场，使电弧旋转；

空心弧触头部件内的联系导管，构成所说的排气管道，使压缩气体从第一室排向第二膨胀室；

一个吸收开断区中电弧的电极，其特征在于：

所述磁吹线圈同轴地绕在所述固定或半固定第一弧触头部件上，该弧触头部件与所述线圈的第一端电连接，

所述线圈有一与所述第一端相接触的前端面；

一个用来绝缘电极与固定弧触头和所说的前端面的间隙；

一个分流电路安置在第一灭弧室内，位于线圈外面，以此方式，电连接所述电极到磁吹线圈的第二端，所说的电极用来吸收一部分电弧电流，当短路电流超过预定极限值时，使得开断区内产生的磁场基本上保持不变。

2、按照权利要求1所述的电路断路器，其特征在于电极覆盖线圈的前端面，其间具有所说的绝缘间隙，并有一环形的吸弧边界，允许可动弧触头部件轴向通过到达闭合位置，固定弧触头部件位于所说的电极边界稍后一点的位置。

3、按照权利要求2所述的电路断路器，其特征在于电极的环形边装有一金属的回转外延，最好是圆筒状或弯曲状的，沿可动弧触头部件的第一撑管方向，从固定弧触头部件上伸出。

4、按照权利要求1所说的电路断路器，其特征在于固定弧触头部件固定在线圈的前端面及一个铁磁性材料的管状内套管上，线圈用插入的绝缘垫圈固定在该套管上。

5、按照权利要求4所述的电路断路器，其特征在于线圈和固定弧触头组件由与该断口的一个连接端相连的第二撑管支撑，其中的分流电路与该电极和一个相对应的导电套管相连接，安装在线圈的相应端和第二撑管之间，第二支撑管与第一可动弧触头撑管的安装保持轴向校直。

6、按照权利要求1所述的电路断路器，其特征在于一个绝缘盘安装在所说的布置在电极和前端面之间的轴向间隙上。

7、按照权利要求1所述的电路断路器，其特征在于电极有一金属的回转表面，设计用来冷却在开断区中的电弧根。

8、按照权利要求1所述的电路断路器，其特征在于电极装有一径向的槽。

9、按照权利要求1所述的电路断路器，其特征在于分流电路装有一环形的辅助电极，由一垫片与主电极分开，该电极的内径大于主电极的内径。

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