CN103189950B - 用于真空断续器设备的电气触点设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于断路器设备的真空断续器，包括圆柱形绝缘部件（1），在该圆柱形绝缘部件（1）内，一对电气触点部件（2a；2b）同轴地布置，并且由绝缘部件（1）同心地围绕，其中，电气触点部件（2a；2b）包括装置，在开始断开过程之后，该装置用来启动仅在对应内触点元件（8a；8b）之间的断开电弧，并且对应外触点元件（9a；9b）包括装置，该装置用来将所述电弧从内触点元件（8a；8b）换向到外触点元件（9a；9b），直到完成断开过程，其中，每个内电气触点元件（8a；8b）设计成用来主要产生横向磁场的TMF类触点元件，并且每个外电气触点元件（9a；9b）设计成用来主要产生轴向磁场的AMF类触点元件。

Description

用于真空断续器设备的电气触点设备
技术领域
本发明涉及一种真空电气触点设备，特别是用于真空断续器设备，该真空电气触点设备包括圆柱形绝缘部件，在该圆柱形绝缘部件内，一对电气触点部件同轴地布置，并且由绝缘部件同心地围绕，其中，电气触点部件包括装置，当开关在闭合位置中时，该装置用于在对应内触点元件之间具有最小损失的标称电流传导，并且对应外触点元件包括装置，在开始断开过程之后该装置用于电弧中断，直到完成断开过程。此外，本发明也涉及触点部件材料、和一些元件的制造过程，以满足耐用性和成本有效性。
背景技术
该种类的真空断续器特别适用于中压断路器，这些中压断路器用于大电流级的在1和72kV之间的范围中的应用。这些断路器用在电网中，以中断短路电流、以及在困难负载阻抗下的负载电流。真空断续器通过创建和熄灭在封闭真空容器中的电弧而中断电流。现代真空断路器趋于具有比传统空气断路器长的预期寿命。虽然如此，但本发明不仅适用于真空断路器，而且也适用于现代SF6断路器，这些现代SF6断路器具有填充有六氟化硫气体的腔室。此外，借助于真空装置的电流中断是用于直到高电压级的技术之一。现代真空断路器通过降低的触点行程、降低的触点速度、及运动电气触点部件的小质量，显著地改进中断过程。这些电气触点部件通常包括专用触点元件设备，这些专用触点元件设备是本发明的主题。
US4,847,456公开了一种真空断续器，该真空断续器具有一对内电气触点部件，这对内电气触点部件处于RMF（径向磁场）触点元件的形式，这些RMF触点元件由外电气触点元件围绕。外电气触点元件并联地电气连接，并且布置成与内电气触点元件紧密相邻。内电气触点元件之一被安装成，它可在轴向方向上运动，而对应外电气触点元件被固定地安装。对应电气触点部件的两个外电气触点元件都处于AMF（轴向磁场）触点元件的形式。在断开过程期间，接触、转动电弧在内电气触点元件之间触发，并且然后从内电气触点元件换向到外电气触点元件。这导致在变化到扩散体之间的初始收缩电弧，该初始收缩电弧在AMF类电气触点元件之间燃烧，直到它熄灭。这种解决方案允许在真空断续器腔室中的高断开速率。
WO2006/002560A1公开了一种电气触点设备、和一种最初提到类型的真空断续器腔室，这也允许增大的切换速率。具体地说，公开了具有高燃弧电压的高短路断开能力。
用于真空断续器腔室的已知触点设备具有一对内电气触点元件和一对外电气触点元件，这对内电气触点元件处于RMF触点元件的形式。外电气触点元件并联电连接到内电气触点元件，并且布置成与内电气触点元件紧密相邻。内电气触点元件中的至少一个被这样安装，从而它可轴向运动。外电气触点元件也处于RMF类触点元件的形式。内电气触点元件是盘形的。内和外电气触点元件按这样一种方式被布置和设计，从而在断开过程期间在内电气触点元件之间触发的电弧，可完全或部分地在外电气触点元件之间换向。该触点设备具有低电阻，并且能够承载大电流。
如已经提到的那样，电弧可换向到外电气触点元件上。一个还是两个电弧燃烧取决于电流电平。在负载上初始接触电气触点元件的断开之后的，集中断开电弧首先发生。随着电气触点元件进一步打开，在RMF类触点元件的情况下，收缩电弧形成在触点件之间。随着在断开过程的进行期间触点分离进一步增大，部分换向、或借助于适当物理设计的完全换向发生。如果电弧-它已经在内触点件之间触发，完全换向到外电气触点元件上，那么断续器腔室可承载和切换至少与只有一个RMF类触点元件对的断续器腔室相同的电流。
真空断续器腔室是圆柱形形状的，该真空断续器腔室对称地围绕内电气触点部件。一个电气触点部件这样安装，从而它可轴向运动，而对应电气触点部件固定地安装。两个电气触点部件的外电气触点元件都设有槽，从而它们可形成RMF类触点元件。因而，当电流正在流过外电气触点元件时，产生径向磁场。两个对应电气触点部件的内电气触点元件也都是RMF类触点元件，并设有用于同样目的的槽。
这种特别电气触点设计显著地增加生产工作。另一方面，必要的是，在起弧期间产生的热量广布在电气触点元件上，以便实现高电流中断性能。
本发明的目的是，借助于制造用于高切换性能的一对电气触点部件的容易过程，提供一种用于断路器设备的真空断续器解决方案。
发明内容
根据本发明，每个内电气触点元件设计成用来传导标称电流（使用电流）的销或对接触点元件、或用来主要产生横向磁场的TMF（横向磁场）类触点元件、或用来产生加强轴向磁场的AMF（轴向磁场）类触点元件，并且每个外电气触点元件设计成用来主要产生轴向磁场的AMF（轴向磁场）类触点元件。
这些电气触点元件的特定组合保证：当开关在闭合位置中时的最低负载电流损失，该最低负载电流损失比在已知AMF真空断续器中的低；和在短路电流条件下在断开开关的同时的高电流中断性能。况且，根据本发明的电气触点元件相对比较容易制造。此外，特定电气触点元件组合提供如下电物理效果：在起弧阶段期间的等离子体密度通过轴向磁场的作用和宽有效起弧区而被降低，所以热量可广布在触点表面上，减小侵蚀速率。此外，根据本发明的特定电气触点元件提供物理耐用性和紧凑性，并且增加真空断续器的寿命时间。
触点可按如下方式布置：使初始起弧阶段和以后起弧阶段去耦合。这里当开关在闭合位置中时只有内触点在接触，并且初始电弧首先在初始接触内触点部件之间开始，并且然后在断开过程期间换向到外触点部件，直到电弧熄灭。由于电弧在AMF类触点元件上维持必需的较低电压，电弧将始终至少部分地换向。
触点也可按另一种如下方式布置：电弧在触点分离之后在外触点部件之间立即开始，并且按扩散模式发展，如它关于AMF类触点发生得那样。这里在闭合位置中，所有内和外触点部件都在接触，但由于内触点材料的高导电性和由于低接触电阻，负载电流优先流过内触点。在这样的布置中，在闭合位置中内触点的接触电阻比外触点的接触电阻低，因为由于外触点线圈的弹性作用，轴向机械闭合力主要按压内部部件，这些外触点线圈稍微向外弯曲。在断开时，由于同一弹性作用，高速断开力首先分离内触点部件，然后分离外触点部件，这些外触点部件已经在短时间内向内弯曲。
每个电气触点部件的内触点元件优选地为了至少负载电流传导具有平面、销或对接形状，或者为了同一功能和为了支持横向磁场具有螺旋形或星形形状。内触点元件优选地由具有高导电性的材料制成，例如由Cu、CuCr、或其它适当Cu-合金制成。
相反，每个电气触点部件的外AMF触点元件优选地包括电气线圈，该电气线圈用来产生强轴向磁场，以便实现以上所描述的显著电物理效果。外触点元件由两个不同部分制成。第一部分按这样一种方式设计成薄杯开槽件，以通过颠倒在底部触点处的槽隙方向而创建AMF场。这个开槽件优选地由一种不锈钢或任何其他导电硬质材料制成，以满足耐用性和成本有效性标准。这个部件的厚度应该很小，以便从一方面来说提供在电极之间的巨大AMF区，并因此提供用于扩散电弧的较大电极区域，并且从另一方面来说提供小触点质量（小重量）。外触点元件的第二部分优选地由与内部部件相同的具有高导电性的材料制成，或者由类似导电合金制成，该导电合金具有较高耐蚀性。这个部件优选地设计成具有巨大面积的空心盘，并且构成外触点的表面，该表面与等离子电弧相接触。
根据本发明的优选实施例，每个电气触点部件的内电气触点元件同轴地布置在对应外电气触点元件内，该对应外电气触点元件具有罐形或管形几何形状。当然对于该特殊同轴布置，中间形状也是可能的。外电气触点元件的罐形状优选地通过压制平金属钢板而形成，该平金属钢板具有在3至9毫米，优选地4至6毫米，之间的范围中的厚度。这种特殊生产方法就制造过程而论呈现显著的优点，特别是在时间方面。
两种不同的电气触点元件都可按各种方式附连到共用触点杆上，该共用触点杆作为支撑元件。
根据第一优选实施例，提供一种单触点系统。在一个电气触点部件上，内电气触点元件相对于外电气触点元件固定地布置，并且在另一个电气触点部件上，只有内电气触点元件相对于外电气触点元件和相对于对应电气触点部件可运动地布置。因而，两个对应外AMF类触点元件优选地固定成在绝缘部件内部彼此紧密相邻，形成恒定中间间隙。优选地，内电气触点元件和外电气触点元件分离地附连到共用触点杆的远侧端部上。触点杆固定到真空断续器的外壳上。
根据第二优选实施例，实现一种双触点系统，因为在两个对应电气触点部件上，内电气触点元件相对于外电气触点元件都固定地布置。两个电气触点部件的至少一个相对于周围绝缘部件可运动地安装，以便形成一个电气开关，该电气开关由手动或自动开关操作装置操作，如由电磁致动器操作。
对于第二优选实施例，双触点部件可按两种方式布置，首先按这样一种方式布置，从而当开关在闭合位置中时，只有内触点部件相接触，并且外部部件分开非常小的距离。当断开时，内触点包括最后的接触点。
在第二种布置中，当开关在闭合位置中时，触点内部部件和外部部件都在接触。当断开时，外触点由于它们的轻微弹性变形，包括最后的接触点。
另外，为了形成用来容纳电气触点部件对的封闭真空腔室，绝缘部件可在每个前部侧上包括盖板。两个盖板也都用作用于以上所提到的触点杆的机械支撑。
此外，另外的桶形金属或陶瓷护套可同轴地布置在绝缘部件与内电气触点部件对之间。关于根据本发明的特殊电气触点件，该护套避免在绝缘部件的内壁的内侧上形成金属层。
当结合附图考虑时，在本发明的详细描述以后，本发明的上述和其它方面将成为显然的。
附图说明
图1是穿过具有真空断续器设备的中压断路器的纵向截面，
图2是对于对应电气触点部件的第一实施例的示意纵向截面图，
图3是对于对应电气触点部件的第二实施例的示意纵向截面图，
图4是关于电气触点元件设备的表面的示意前视图，
图5是关于电气触点元件设备的另一实施例的表面的示意前视图，
图6是对于真空断续器的双触点系统的纵向截面图，
图7是对于真空断续器的单触点系统的纵向截面图，
图8是对于单电气触点部件的纵向截面图，该单电气触点部件具有与外AMF类触点元件相组合的内TMF类触点元件，
图9是关于在第一实施例中的外电气触点元件的表面的前视图，以及
图10是关于在第二实施例中的外电气触点元件的表面的前视图。
具体实施方式
如图1所示的中压断路器主要包括真空断续器的绝缘部件1，在该绝缘部件1内，一对电气触点部件2a、2b同轴地布置。固定电气触点部件2a与可动电气触点部件2b相对应。电气触点部件2a和2b都分别具有对应外部电气连接器3a和3b，并且它们形成用于在绝缘部件1的真空腔室4内部的电力中断的电气开关。
可动电气触点2b经中间轴5在闭合和断开位置之间是可运动的。中间轴5在内部将电磁致动器6的机械能耦合到在绝缘部件1内的运动电气触点2b上。为了保证在可动电气触点部件2b之间的电气连接（该可动电气触点部件2b可运动地连结到电磁致动器6上），柔性连接器7提供在所述可动电气触点部件2b与外部电气连接器3b之间。
根据本发明，每个电气触点部件2a和2b包括两种不同类型的触点元件。内电气触点元件8a；8b设计成TMF类触点元件，并且每个对应外电气触点元件9a；9b设计成AMF类触点元件。
根据图2，实现一种双触点系统。在两个对应电气触点部件2a和2b上，内电气触点元件8a和8b都分别相对于外电气触点元件9a和9b固定地布置。每个内电气触点元件8a、8b同轴地布置在对应外电气触点元件9a、9b内。外电气触点元件9a，9b具有罐形几何形状，以便容纳相应内电气触点元件8a和8b，保证在内和外电气触点元件8a和9a或8b和9b之间的绝缘间隙。
根据图3，提供一种单触点系统，其中，在一个电气触点部件2a′上，内电气触点元件8a'相对于对应外电气触点元件9a'固定地布置。相反，在另一个电气触点部件2b'上，只有内电气触点元件8b'相对于外电气触点元件9b'和相对于对应电气触点部件2b'可运动地布置。两个对应外AMF类触点元件9a'和9b'固定成，在未表示的绝缘部件内部紧密地彼此相邻，形成恒定中间间隙10，该恒定中间间隙10独立于真空断续器的切换位置。
参照示意图4，在电气触点部件2上，内电气触点元件8具有TMF类几何形状，用来提供横向磁场。对应外电气触点元件9是环形的，以便提供轴向磁场。
可选择地，根据图5，电气触点部件2'具有内TMF类触点元件8'，该内TMF类触点元件8'具有平面形的形状，该平面形的形状与外AMF类电气触点元件9'相对应，该外AMF类电气触点元件9'与上述实施例相同。
如图6所示，真空断续器的圆柱形绝缘部件1包括盖板11a和11b，该盖板11a和11b布置在绝缘部件1的两个前部侧上，以便形成封闭真空腔室4。在真空腔室4内部，布置一对电气触点部件2a和2b。第一电气触点部件2a相对于绝缘部件1固定。对应电气触点部件2b相对于绝缘部件1可运动地布置，以便形成电气开关。为了运动电气触点部件2b，对应触点杆13是由未表示的电磁致动器操作的。此外，桶形金属护套12同轴地布置在真空腔室4内部。
提供一种双触点系统，该双触点系统分别包括内电气触点元件8a和8b，这些内电气触点元件8a和8b分别相对于对应外电气触点元件9a和9b固定地布置。外电气触点元件9a和9b具有罐形几何形状，以便按绝缘方式分别容纳对应内电气触点元件8a和8b。
根据图7，表明一种单触点系统。上部电气触点部件2a'相对于绝缘部件1固定地安装。相反，在另一个电气触点部件2b'上，只有内电气触点元件8b'相对于其对应外电气触点元件9b'可运动地布置。因而，为了电气切换，只有内电气触点元件8b'轴向运动。在对应外电气触点元件9a'和9b'之间，提供恒定中间间隙10。
当内电气触点元件8a'、8b'在闭合位置中时，负载电流以低接触电阻流过它们。为了电流中断，初始电弧在内TMF类触点元件8a'、8b'之间产生，并且依据电流电平，以过渡模式短暂地发展，如在标准螺旋TMF类触点元件中那样。在小电流下，电弧柱随着增大间隙距离以及增大瞬时电流，而以扩散模式膨胀。在大电流下，由螺旋产生的横向磁场使限制电弧短暂地在内触点元件8a'、8b'之间旋转。电弧应该在几毫秒的短时间之后，到达在内和外触点之间的电极间间隙，并且然后假定完全换向到外AMF类触点元件9a'和9b'，并保持在扩散模式中直到电弧熄灭。这种想法由如下事实支持：通过AMF类触点元件9a'和9b'的电弧电压降明显比通过TMF类触点元件8a'和8b'的小。
图8表示对于单电气触点部件的纵向截面图，该单电气触点部件在触点杆13上包括与外AMF类触点元件9″相组合的内TMF类触点元件8″。
在图9和图10中，分别表示外电气触点元件9″和9″'的两个不同表面。根据图9，竖直槽隙14通过片材材料提供；图10表示倾斜槽隙15，这些倾斜槽隙15在圆周方向上大体径向布置。将外触点元件9″和9″'设计成具薄罐形层和大环形板的目的是，使产生的AMF覆盖较大电极区域，以保证大的电弧分布。对于两个外触点实施例的轴向磁场（AMF）的试验已经表明第二实施例的显著优点。轴向磁场强度实际上比在第一实施例中大两倍。
附图标记清单
1绝缘部件
2电气触点部件
3电气连接器
4真空腔室
5中间轴
6电磁致动器
7柔性连接器
8内触点元件
9外触点元件
10中间间隙
11盖板
12护套
13触点杆
14竖直槽隙
15倾斜槽隙

Claims (16)

1.一种用于断路器设备的真空断续器，包括圆柱形绝缘部件(1)，在该圆柱形绝缘部件(1)内，一对电气触点部件(2a；2b)同轴地布置，并且由绝缘部件(1)同心地围绕，其中，电气触点部件(2a；2b)包括这样的装置，在开始断开过程之后，该装置用来启动仅在对应内触点元件(8a；8b)之间的断开电弧，并且对应外触点元件(9a；9b)包括这样的装置，该装置用来将所述电弧从内触点元件(8a；8b)换向到外触点元件(9a；9b)，直到完成断开过程，其中，每个内电气触点元件(8a；8b)设计成用来主要产生横向磁场的TMF类触点元件，并且每个外电气触点元件(9a；9b)设计成用来主要产生轴向磁场的AMF类触点元件，
其特征在于，
外AMF类触点元件(9a；9b)由如下制成：第一部件，设计成薄杯开槽件，以便通过颠倒在底部触点处的槽隙方向而创建AMF场；和第二部件，设计成空心盘，该空心盘构成外触点元件(9a；9b)的表面，该表面与等离子电弧相接触。
2.根据权利要求1所述的真空断续器，
其特征在于，外AMF类触点元件(9a；9b)包括用来产生轴向磁场的电气线圈。
3.根据权利要求1所述的真空断续器，
其特征在于，制成外AMF类触点元件(9a；9b)，使得杯形凹槽延伸到第二部件中，以便创建较强AMF场，并且减小涡流的影响。
4.根据权利要求1所述的真空断续器，
其特征在于，构成外触点元件(9a；9b)的表面的第二部件按不同方式开槽，以便减小涡流的影响。
5.根据权利要求1所述的真空断续器，
其特征在于，内TMF类触点元件(8a；8b)具有平的、销形、对接形、星形或螺旋形形状，用来支持或产生横向磁场。
6.根据权利要求1所述的真空断续器，
其特征在于，外电气触点元件(9a；9b)的杯形状通过压制平金属钢板而形成，该平金属钢板具有在3至9毫米之间的范围内的厚度。
7.根据权利要求3所述的真空断续器，
其特征在于，内电气触点元件(8a；8b)和外电气触点元件(9a；9b)分离地附连到共用触点杆(13)的远侧末端上。
8.根据权利要求1所述的真空断续器，
其特征在于，两个电气触点部件(2a；2b)之一相对于周围的绝缘部件(1)至少部分地可运动地安装，以便形成由手动或自动开关操作装置可操作的电气开关。
9.根据权利要求1所述的真空断续器，
其特征在于，对于双触点系统，在两个对应电气触点部件(2a；2b)上，内电气触点元件(8a；8b)相对于外电气触点元件(9a；9b)固定地布置。
10.根据权利要求9所述的真空断续器，
其特征在于，在开关在闭合位置中的情况下，两个对应内电气触点部件(8a；8b)都接触，并且两个外AMF类触点元件(9a；9b)都固定成，在绝缘部件(1)内紧密地彼此相邻，形成小中间间隙(10)。
11.根据权利要求9所述的真空断续器，
其特征在于，在开关在闭合位置中的情况下，两个对应内电气触点部件(8a；8b)和两个外AMF类触点元件(9a；9b)都接触。
12.根据权利要求1所述的真空断续器，
其特征在于，在TMF-TMF触点布置的情况下，通过颠倒外触点元件的槽隙和增大内触点直径以及减小外触点盘面积，每个内电气触点元件(8a；8b)设计成用来主要产生横向磁场的TMF类触点元件，并且每个外电气触点元件(9a；9b)设计成用来主要产生横向磁场的TMF类触点元件。
13.根据以上权利要求任一项所述的真空断续器，
其特征在于，绝缘部件(1)在每个前部侧上包括盖板(11a；11b)，以便形成封闭真空腔室，该封闭真空腔室用来容纳所述一对电气触点部件(2a；2b)。
14.根据权利要求1-12任一项所述的真空断续器，
其特征在于，另外的桶形金属或陶瓷护套(12)同轴地布置在绝缘部件(1)与所述一对电气触点部件(2a；2b)之间。
15.根据权利要求13所述的真空断续器，
其特征在于，另外的桶形金属或陶瓷护套(12)同轴地布置在绝缘部件(1)与所述一对电气触点部件(2a；2b)之间。
16.一种中压断路器，包括至少一个在以上权利要求1至12之一中所要求保护的真空断续器，用于由电磁致动器(6)操作的至少一个极部件，该电磁致动器(6)作为开关操作装置。
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