CN102412069A - 气体绝缘的高压开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体绝缘的高压开关，具体而言，额定电流触头设置成用于高压开关并且包含轴向地取向且由环形的触头底部承载的触头指部的围绕中央的轴线引导的环形部，触头指部分别带有触头件。在触头底部处固定有空心圆柱形的绕组的两个端侧的第一端侧，绕组包含导电的带的多个绕圈。径向地取向的且在轴向的方向上引导到额定电流触头的自由的端部处的切口成型到绕组中。切口的每两个限制彼此重叠的堆叠的垛，堆叠结合到触头指部的一个中，并且堆叠在其背离触头底部的端部处承载触头件。由于触头指部的多件式的、堆叠状的结构，根据本发明的这种额定电流触头可简单地尺寸设计成用于更高的额定电流，而不必扩大其直径且相应地增加其触头指部的数量。

Description

气体绝缘的高压开关

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的气体绝缘的高压开关。

上述类型的开关通常实施成功率开关并且在高于数kV的电压区域中具有至少数kA的额定电流承载能力

该开关通常用作发电机开关(Generatorschalter)，并且因此包含可加载高的额定电流的触头组件(Kontaktanordnung)。

背景技术

在手册HGI类型发电机电路断路器(Circuit-Breaker)(手册号1HC0015509E11/AA06，ABB Schweiz AG，8050Zürich/Schweiz(苏黎世/瑞士))中描述了开头提及的类型的高压开关。描述的开关包含轴向地取向且由环形的触头底部(Kontaktboden)承载的触头指部(Kontaktfinger)的围绕中央的轴线引导的环形部(Kranz)。触头指部在自由的端部处分别具有触头件(Kontaktteil)，在闭合的开关中触头件以预定的通过触头弹簧(Kontaktfeder)或触头指部的弹性的变形实现的接触力导电地位于开关的额定电流通路(Nennstrombahn)的圆柱形的配对触头上。在此重要的是，在开关的工作期间通过弹性的变形施加的接触力保持恒定。

发明内容

如在权利要求中指出的那样，本发明的目的为，实现开头提及的类型的额定电流触头，可在不增加其直径的情况下提高其额定电流承载能力，并且同时指出一种方法，该方法使以简单的且成本适宜的方式制造这种额定电流触头成为可能。

根据本发明，提供一种用于高压开关的额定电流通路的触头，其包括轴向地取向的且由环形的触头底部承载的触头指部的围绕中央的轴线引导的环形部，触头指部在自由的端部处分别具有触头件，在闭合的开关中，触头件利用接触点导电地位于额定电流通路的圆柱形的配对触头上。在触头底部处固定有空心圆柱形的绕组(Wicklung)的两个端侧的第一端侧，该绕组包含导电的带的多个绕圈(Windung)。径向地取向且在轴向的方向上经过(über)绕组的第二端侧引导到额定电流触头的自由的端部处的切口(Schlitze)成型到绕组中，在切口中每两个切口限制彼此重叠的堆叠(Lamellen)的垛，堆叠结合到触头指部的一个中。堆叠垛在其背离触头底部的端部处承载触头件。

由于触头指部的多件式的、堆叠状的结构，根据本发明的额定电流触头可引导更高的额定电流，而不必扩大其直径且相应地增加其触头指部的数量。由于这种开切口的绕组可易于制造且易于加工，可提高触头指部的通过绕组的厚度确定的电流承载能力，并且由此提高额定电流的大小。因为触头指部的更大的材料强度

额定电流触头的接触电阻(Durchgangswiderstand)减小，从而在引导更高的额定电流时不超过允许的工作温度。相应地，也避免了在持续工作中触头指部的不期望的松弛。

利用根据现有技术的额定电流触头(在其中以加工技术上有利的方式通过冲压和弯曲弹簧般弹性的铜板制造触头指部环形部)通常不可实现这种类型的有利的效果，因为在该触头中，在相同的弯曲长度时，触头指部的弯曲强度随材料厚度的平方增加，并且因此，实际上必须以其理想的配合形状(也就是说几乎没有公差地)制造该额定电流触头。

优选地，配备有根据本发明的额定电流触头的高压开关用作发电机开关。

开切口的绕组的绕圈可在第一端侧的区域中彼此且与触头底部相焊接，并且堆叠可在堆叠垛的自由的端部处彼此且与触头件相焊接。

如果接触点(Kontaktierungspunkt)布置在触头件的面对轴线的侧边处，则至少一个用于容纳可围绕轴线引导的拉力弹簧的槽可成型到触头件的背离接触点的侧边中。由此实现触头指部的附加的弹性力。

当在根据本发明的额定电流触头的实施形式(在其中接触点布置在触头件的背离轴线的侧边处)中至少一个用于容纳可围绕轴线引导的压力弹簧的槽成型到触头件的背离接触点的侧边中时，也实现了附加的弹性力。

如果开切口的绕组附加地包含至少一个由具有比导电的带的材料更高的允许弯曲应力的材料制成的绕圈，则触头指部的弹性力提高并且由此根据本发明的额定电流触头的接触力也提高。该至少一个绕圈可作为开切口的绕组的内部的绕圈或外部的绕圈而安放(ablegen)。当设置至少两个这种绕圈(可连续地安放该绕圈，但是在绕圈中一个绕圈也可为开切口的绕组的内部的绕圈，另一个可为外部的绕圈)时，实现尤其高的接触力。

根据本发明，还提供一种用于制造根据本发明的触头的方法，在该方法中，将触头底部和触头环以彼此成间距的方式且在形成环形的径向地向外敞开的槽的情况下固定在装配装置的可旋转的支架上，其中，分别由成型到触头底部中的和成型到触头环中的凸肩部限制该槽，在其中，在形成第一和第二接合部的情况下将未开切口的(ungeschlitzt)绕组安放在环槽中，该绕组具有导电的相应于槽的宽度的未开切口的带的多个绕圈，其中，由成型到触头底部的端侧中的凸肩部和绕圈的第一端侧限制第一接合部，并且由成型到触头环的端侧中的凸肩部和绕圈的第二端侧限制第二接合部，在该方法中，在第一接合部中绕圈的第一端侧彼此且与触头底部固定地相连接，并且在第二接合部中，绕圈的第二端侧彼此且与触头环固定地相连接，并且在该方法中，在移除支架后，切口成型到如此制造的粗制体

中。

在成型时，以有利的方式借助于切割装置将切口切入(einschneiden)到粗制体中。可以平行于未开切口的绕组的轴线经过第二接合部和触头环直至背离触头底部的自由的端部处的方式将切口切入到粗制体中。

当在切口成型之前未开切口的绕组的绕圈的第一和第二端侧彼此且与触头底部和触头环相焊接时，触头底部和触头环尤其固定地与未开切口的绕组相连接。在此，由于电子射线的高的能量密度，电子射线焊接已证实为非常有效的。

以快速且安全的方式可利用中央地取向的轴向地引导的水射流(Wasserstrahl)将切口切入到粗制体中。为了避免在粗制体的镀银(versilbern)的部位处由于反射(Rückstrahlen)而引起的磨损，可相对于垂直于轴线取向的平面倾斜地引导水射流。当在安放导电的带之前或之后安放未开切口的绕组的至少一个这样的绕圈，即，其材料具有比导电的带的材料更高的允许的弯曲应力时，可以加工技术上简单的方式提高触头指部的弹性力或接触力。

从以下的描述和附图中得到其它优选的实施形式和有利的效果。

附图说明

下面根据图纸进一步解释本发明。其中：

图1显示了沿着轴线A引导的穿过高压开关的截面的俯视图，该高压开关在置于轴线的左侧的图部分中在切断的情况下示出并且在置于轴线右侧的部分中在接通状态中示出，并且该高压开关具有两个根据本发明的额定电流触头，

图2显示了根据图1的两个额定电流触头之一的第一实施形式的在箭头方向上引导的俯视图，

图3显示了穿过根据图2的额定电流触头的沿着III-III引导的截面的在箭头方向上引导的俯视图，

图4显示了穿过在制造根据图2和3的额定电流触头时产生的粗制体的沿着轴线A引导的截面的俯视图，该粗制体固定在制造时使用的装配装置的可旋转的支架上，

图5显示了穿过在切割切口期间根据图4的固定在切割装置的支架上的粗制体的沿着轴线A引导的截面的俯视图，

图6显示了在固定在根据图5的切割装置之前在加工根据图2和3的额定电流触头的第二实施形式时产生的粗制体的上半部，以及

图7显示了在固定在根据图5的切割装置中之前在加工根据图1的两个额定电流触头的另一个时的产生的粗制体的上半部。

参考标号列表

10            罩壳

11            绝缘体

12，13        电流联接部

20            开关件(Schaltstück)

21            电弧触头

22            额定电流触头

23            空心圆柱体

24            连接壁

25            色缘喷嘴

26            热通道

27            热腔(Heizvolumen)

28            压缩空间

30            开关件

31            电弧触头

32            触头弹簧

33            触头支撑件

34            壁区段

40            额定电流触头

41            触头底部

42            触头指部

43            开切口的绕组

43’          未开切口的绕组

43a           未开切口的绕组43’的内部的绕圈

43b           未开切口的绕组43’的外部的绕圈

44，45        端侧

46            切口

47            堆叠垛

48            拉力弹簧

49            凸肩部

50            额定电流触头

60            触头件

60’          触头环

61            接触点

61’          棱边

62            槽

62’          槽

63’          凸肩部

64’，65’    接合部

70            装配装置的可旋转的支架

71            止动部

72            间隔垫片(Distanzstück)

73            管夹(Rohrbride)

74            螺栓

80            粗制体

90            切割装置的可旋转的支架

A             轴线

D             驱动件

E             平面

S             开关电弧

WS            水射流

具体实施方式

在所有的图中相同的参考标号表示相同作用的部件。在图1中示出的高压开关构造成发电机开关，并且典型地设计用于24kV的额定电压、直至8kA的额定电流、63kA的允许短路电流和50/60Hz的额定频率。该开关具有罩壳，给该罩壳填充通常直至数bar的压力的具有消弧特性的绝缘气体，例如基于六氟化硫和/或氮气和/或二氧化碳。在图中示出的罩壳的上部分10包含空心圆柱形的绝缘体11和两个分别用作电流联接部的金属板12，13，绝缘体气体密封地法兰连接(einflanschen)在金属板12，13之间。在罩壳部分10中设置有与电流联接部12，13导电地相连接的触头组件，其具有两个可沿着轴线A相对于彼此运动的开关件20和30。开关件20与未示出的驱动件相连接，并且(如通过双箭头D指出的那样)在闭合时沿着轴线A向上被引导并且在断开时沿着轴线A向下被引导。

开关件20以轴对称的布置方案的方式具有电弧触头21以及以间距围绕该触头的管形的额定电流触头22，然而，开关件30以轴对称的布置方案的方式包含电弧触头31以及两个以间距围绕电弧触头31的彼此同心地布置的额定电流触头40和50。外部的额定电流触头40包括触头指部的环形部，触头指部分别利用接触点位于管形的额定电流触头22的外面上，相反地，内部的额定电流触头50具有触头指部的环形部，触头指部分别利用接触点位于额定电流触头22的内面上。

在闭合的开关中，额定电流触头22驶入(einfahren)位于两个额定电流触头40，50之间的环形空间中，并且两个额定电流触头40和50的触头指部弹性地支撑在管形的触头22的外面和内面上。与触头指部的数量(Zahl)相应的高的接触点的数量有助于传递高的额定电流。以可相对于两个额定电流触头40，50沿着轴线A移位的方式支承电弧触头31，并且在闭合的开关中(图的右半部)电弧触头31利用其构造成抗电弧的(lichtbogenfest)自由的端部借助于预紧的弹簧32在形成充分的接触力的情况下支撑在电弧触头21的同样构造成抗电弧的自由端部上，从而电弧触头31和电弧触头21分别在自由的端部处头碰头地彼此碰触。

在闭合的开关中，主要从联接部12通过空心圆柱体23、未示出的滑动触头、额定电流触头22，40，50以及实施成空心圆柱体的触头支撑件33将电流引导到联接部13。在断路(Abschalten)时，驱动件D引导开关件20向下运动。在此，通过预紧的弹簧32在维持需要的接触力的情况下跟踪(nachführen)在接通位置(图的右半部)中支撑在电弧触头21上的电弧触头31。首先，额定电流触头22和40，50分离。电流换向到这样的电流路径中，即，由圆柱体底部24、电弧触头21，31、未示出的滑动触头以及触头支撑件33形成该电流路径。在开关件30的预定的开关行程之后，开关件30撞击到触头支撑件33的壁区段34处(图1的左半部)。在撞击时两个电弧触头21，31分离并且在触头21，31的彼此相对的自由的端部之间形成开关电弧S，该开关电弧S在由绝缘喷嘴25径向地向外限制的电弧空间中燃烧。该电弧产生热的处于压力下的气体，该气体一方面通过热通道26膨胀到热腔27中并且另一方面通过绝缘喷嘴膨胀到罩壳10的内部中。在待断路的电流接近穿过零点(Nulldurchgang)时，在热腔27中储存的气体(通过来自由开关件20操纵的活塞缸体压缩装置的压缩空间28中的压缩的绝缘气体支持该气体)对电弧S吹风(beblasen)，这导致电流的中断。

在图2和3中示出的额定电流触头40显而易见地具有可固定在触头支撑件33处的环形地构造的平的(flach)触头底部41，在触头底部41的外缘处安装有以参考标号42表示的触头指部的环形部。触头指部42为由导电的带制成的从图3中可看到的绕组43的一部分，导电的带典型地构造成带有直至一毫米(bis zu einem Millimeter)的膜厚度的铜膜。该绕组在其两个端侧44，45的第一端侧44处固定在触头底部41的外缘处。径向地取向的且在轴向的方向上经过第二端侧45引导到额定电流触头40的置于右侧的自由的端部处的切口46(图2)成型到绕组43中。每两个邻近的切口限制彼此重叠的堆叠的垛47，堆叠中的每一个分别为开切口的绕组43的层或绕圈的一个的一部分。在堆叠垛47的置于端侧45处的自由的端部处，堆叠垛47载有触头件60，其具有在闭合的开关中位于额定电流触头22的外面上的接触点61。借助于电子射线，开切口的绕组43的绕圈在端侧44的区域中彼此并且与触头底部41相焊接，相反地，堆叠在堆叠垛47的置于右侧的自由的端部处借助电子射线彼此且与触头件60相焊接。

由于触头指部42的多件式的层式的结构，可提高由触头40引导的额定电流，而基本上不必扩大触头的直径或增大触头指部的数量。通过将由绕圈的数量确定的绕组43的厚度从例如4mm提高到6mm，额定电流的大小可提高约20％(例如从6.3kA提高到8kA)，而不超过规定的工作温度(典型地105℃)，并且在持续工作中弹性的触头指部42不表现出松弛。

在根据现有技术的额定电流触头(在其中以制造技术上有利的方式通过冲压和弯曲弹簧般弹性的铜板制造触头指部环形部)中，这通常是不可能的。在这种额定电流触头中，在相同的弯曲长度时，触头指部的弯曲强度随材料厚度的平方增加。因此，实际上必须以其理想的配合形状(也就是说几乎没有公差地)制造该额定电流触头。

通过合适地选择导电的带，例如由硬的铜而非软的铜制成的带，可提高弯曲强度并由此提高触头指部42的接触力。通过至少一个环形的围绕轴线A引导的拉力弹簧48实现接触力的进一步提高。由在周向上围绕轴线延伸的槽62容纳该弹簧，槽62在背离接触点61的侧边处成型到触头件60中。

如下制造额定电流触头40。将触头底部41和包括触头件60的触头环60’以彼此成间距的方式且在形成环形的径向地向外敞开的槽的情况下固定在装配装置的、可从图4中看出的、可绕额定电流触头40的对称轴线A旋转的支架70上。首先，将基本上构造成管区段的触头环60’固定在支架70的止动部71处。随后，将管形的间隔垫片72推到支架70上并且支撑在触头环60’的背离止动部71的端侧处。使环形地围绕轴线A或支架70的轴线引导的凸肩部63’成型到该端侧的位于间隔垫片72之外的区段中，相反地，使包含接触点的环形的棱边61’成型到触头环60’的向内指向的侧边中。借助于螺栓74将触头底部41固定在支架70的端侧处并且在此借助间隔垫片72固定触头环60’。使环形地围绕轴线A或支架70的轴线引导的凸肩部49成型到触头底部41的位于间隔垫片72之外的外缘中。

凸肩部49和63’以及间隔垫片72的周面

限制径向地向外敞开的环槽，在形成两个接合部64’和65’的情况下将未开切口的(也就是说保持没有切口46的)由导电的(然而还未开切口的)带制成的绕组43’安放在该环槽中。由凸肩部49和未开切口的绕组43’的绕圈的支撑在该凸肩部上的端侧形成接合部64’，并且由凸肩部63’和未开切口的绕组43’的绕圈的支撑在该凸肩部上的端侧形成接合部65’。通过预紧的管夹73施加支撑力，管夹73围绕未开切口的绕组43’被引导并且由此固定绕组43’的绕圈。

在接合部64’中将未开切口的绕组43’的绕圈的支撑在凸肩部49上的端侧彼此地并且与触头底部41焊接在一起，并且在接合部65’中将未开切口的绕组43’的绕圈的支撑在凸肩部63’上的端侧彼此地并且与触头环60’相焊接在。

在打开管夹73且松开螺栓74之后，将如此制造的粗制体80从支架70处移开，并且将其固定在切割装置的同样可绕轴线A旋转的可从图5中看出的支架90上。在该切割装置中，将切口46切入到粗制体80中，并且因此得到开切口的绕组43以及由此也得到额定电流触头40。以保护材料的方式利用径向向内地朝向轴线A取向的水射流WS制造切口46，使水射流WS沿着轴线A移位。由于在制造切口46时水射流也被引导穿过触头环60’，并且由于触头环60’(尤其地在棱边61’的区域中)通常具有提高额定电流承载能力的由银制成的覆层，应注意的是，在切割时避免在粗制体(尤其地触头环60’)的涂覆有银的部位处的由于反射引起的磨损。这通过以下方式实现，即，水射流WS相对于垂直于轴线A取向的平面E以角度α(其为至少20至30°)倾斜。

可通过使切口46成型到可从图6中看出的粗制体80中制造额定电流触头40的另一实施形式。与根据图4的粗制体不同，在根据图6的粗制体中，由带有厚度(典型地0.3mm)的抗腐蚀的弹簧钢带制成未开切口的绕组43’的内部的绕圈43a。在卷绕由软的或硬的铜制成的导电的带的剩余的绕圈之前将该绕圈安装到凸肩部49，63’上。绕圈43a显著地提高了触头指部42的弯曲强度。因此，可靠地存在作用在触头指部42处的电动力学的力。那么，通常可取消该至少一个拉力弹簧48。

与根据图6的粗制体不同地，在根据图7的粗制体(在制造额定电流触头50时使用该粗制体)中，在卷绕铜带之后才安装提高触头指部42的弯曲强度的绕圈作为外部的绕圈43b。当棱边61’或在切割切口46时产生的接触点61布置在触头环60’或在切割时产生的触头件61的背离轴线A的侧边处时，该外部的绕圈43b主要显著地提高触头指部42的弯曲强度。相应于槽62’或62的槽成型到触头环61’或每个触头件61的面对轴线A的侧边中，该槽用于容纳围绕轴线A引导的提高触头指部42的接触力的压力弹簧。

如果导电的带由软的铜制成，则当绕圈43a或43b由硬的铜或其它导电良好的弹性金属制成时，或当使用分别包含以上材料的至少两个绕圈43a或43b或两个绕圈43a或43b时，可实现带有对于一定应用足够的触头指部弹性强度的高电流承载能力的额定电流触头。

Claims (13)

1.一种用于高压开关的额定电流通路的触头(40，50)，所述触头(40，50)带有轴向地取向的且由环形的触头底部(41)承载的触头指部(42)的围绕中央的轴线(A)引导的环形部，所述触头指部(42)在自由的端部处分别具有触头件(60)，在闭合的开关中，所述触头件(60)利用接触点(61)导电地位于额定电流通路的圆柱形的配对触头(22)上，其特征在于，在所述触头底部(41)处固定有空心圆柱形的绕组(43)的两个端侧(44，45)的第一端侧(44)，所述绕组(43)包含导电的带的多个绕圈，径向地取向且在轴向的方向上经过所述绕组(43)的第二端侧(45)引导到所述额定电流触头(40，50)的自由的端部处的切口(46)成型到所述绕组(43)中，在所述切口(46)中每两个切口限制彼此重叠的堆叠的垛(47)，所述堆叠结合到所述触头指部(42)的一个中，并且所述堆叠垛(47)在其背离所述触头底部(41)的端部处承载所述触头件(60)。

2.根据权利要求1所述的额定电流触头，其特征在于，所述开切口的绕组(43)的绕圈在所述第一端侧(44)的区域中彼此且与所述触头底部(41)相焊接，并且堆叠在所述堆叠垛(47)的自由的端部处彼此且与所述触头件(60)相焊接。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的额定电流触头，在所述额定电流触头中，所述接触点(61)布置在所述触头件(60)的面对轴线(A)的侧边处，其特征在于，至少一个用于容纳可围绕轴线(A)引导的拉力弹簧(48)的槽(62)成型到所述触头件(60)的背离所述接触点(61)的侧边中。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的额定电流触头，在所述额定电流触头中，所述接触点布置在所述触头件(60)的背离轴线(A)的侧边处，其特征在于，至少一个用于容纳可围绕轴线(A)引导的压力弹簧的槽成型到所述触头件的背离所述接触点的侧边中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的额定电流触头，其特征在于，所述开切口的绕组(43)附加地包含至少一个由具有比所述导电的带的材料更高的允许弯曲应力的材料制成的绕圈。

6.根据权利要求5所述的额定电流触头，其特征在于，所述至少一个附加的绕圈作为所述开切口的绕组(43)的内部的绕圈或外部的绕圈而安放。

7.一种用于制造根据权利要求1至6中任一项所述的额定电流触头(40，50)的方法，其特征在于，将所述触头底部(41)和触头环(60’)以彼此成间距的方式且在形成环形的径向地向外敞开的槽的情况下固定在装配装置的可旋转的支架(70)上，其中，分别由成型到所述触头底部(41)中的和成型到所述触头环(60’)中的凸肩部(49；63’)限制所述槽，在形成第一(64’)和第二(65’)接合部的情况下将未开切口的绕组(43’)安放在环槽中，所述绕组(43’)具有导电的相应于所述槽的宽度的未开切口的带的多个绕圈，其中，由成型到所述触头底部(41)的端侧中的凸肩部(49)和所述绕圈的第一端侧限制所述第一接合部(64’)，并且由成型到所述触头环(60’)的端侧中的凸肩部(63’)和所述绕圈的第二端侧限制所述第二接合部(65’)，在所述第一接合部(64’)中，所述绕圈的第一端侧彼此且与所述触头底部(41)固定地相连接，并且在所述第二接合部(65’)中，所述绕圈的第二端侧彼此且与所述触头环(60’)固定地相连接，并且，在移除所述支架(70)后，使所述切口(46)成型到如此制造的粗制体(80)中。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，借助于切割装置将所述切口(46)切入到所述粗制体(80)中。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，以平行于未开切口的绕组(43’)的轴线经过所述第二接合部(65’)和所述触头环(60’)直至背离所述触头底部(41)的自由的端部处的方式将所述切口(46)切入到所述粗制体(80)中。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，在所述切口(46)成型之前，绕圈的第一和第二端侧彼此且与所述触头底部(41)和所述触头环(60’)相焊接。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，利用中央地取向的沿着所述轴线(A)引导的水射流(WS)将所述切口(46)切入到所述粗制体(80)中。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，相对于垂直于轴线(A)取向的平面(E)倾斜地引导所述水射流(WS)。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的方法，其特征在于，在安放所述导电的带之前或之后安放所述未开切口的绕组(43’)的至少一个这样的绕圈(43a，43b)，即，所述绕圈(43a，43b)的材料具有比导电的带的材料更高的允许的弯曲应力。

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