CN1045484A - 旋转型电弧遮断器 - Google Patents

Abstract

一个旋转型电弧遮断器包括第一固定触点和个通过围绕着环极的磁场线圈而耦合到固定触点的环极。一个第二电触点具有可沿着垂直于中央纵轴的路径移动的臂，使之与固定触点作选择性的连接。该臂通常为L型结构，它包括沿中央纵轴的平行方向伸展的角部。一个导体沿着中央纵轴通过环极伸向角部。该导体具有一个内轴端，当臂被移至与中央纵轴交会处时，内轴端与臂的角部间有水间隙。由此呈现一种对围绕着臂的角部的静电场作修整的功能。该修整功能起限制由邻近臂段的角部的静电场所施加应力的功能。

Description

本发明一般涉及电弧遮断器，尤其是一种旋转型电弧遮断器，它具有改进的可动触点及与其相配合的环极结构，借助降低了起始旋弧时间和使电弧旋转通过冷态灭弧气体所需的时间而达到更有效地灭弧。

存在有多种传统的通过采用磁场线圈来建立一个灭弧用磁场的电弧遮断结构。例如，已知技术中提供的一种电弧遮断器为：一个环形消弧器通过一个包围该环的磁场线圈与可动触点电气地相连，并且一个固定触点被设置在环极内部沿着环极中心轴的一点上。在该已知结构中，可动触点被安装成可绕轴枢转，而该轴沿一个垂直于和偏离于环极的中央纵轴的方向延伸，因而使可动触点在径向向环极内部的第一接触位置和径向向环极外部的分离位置之间作移动。

当该已知装置的可动触点被枢转而离开固定触点时，电弧便开始在可动触点和固定触点之间生成并被维持在触点之间直到可动触点通过和跨越环极为止。此后，电弧转移至环极并借助电流通过磁场线圈而在环极范围内所建磁力的作用下旋转起来。该种在环极内的旋转作用，使电弧转换到环极以后最终地熄了弧。但是，当可动触点运动在固定触点和环极之间相当部分时间内，可动触点和固定触点之间是带弧的，整个灭弧过程的时间便不可避免的出现了延迟。典型例子是，日本Kitakyushu省Yaskawa电气制造有限公司的Kazushi    Fujiwara等人向1973年9月25-27日在波兰洛兹如开的有关开关电弧现象的第二届国际研讨会上提出的一篇论文中所描述的这种机构。

另外的已知的电弧遮断器结构类型被公开在美国专利4，301340，4301341和4409446之中。在这种已知结构类型中，环极通过一个磁场线圈与固定触点相串联，其可动触点可绕交会于环极中心轴的，并沿其相垂直方向作延伸的一根枢轴作枢转，固定触点或被直接设置在环极上或被设置于环极的径向朝外处，当可动触点从固定触点作分离时，可动触点横向地跨越磁场线圈的圆形极面并朝其内轴移动。

在这种第二类型的已知结构工作时，在可动触点从同固定触点的接触中移开后，由于可动触点移动进入到与环极如此紧密接近，以致一开始时在可动触点与固定触点之间生成的电弧便转移到了环极。于是，在原先所讨论的结构中所遇到的延迟部分地得到了避免。

但是，在US4301340、43010341和4409446专利所公开的装置中，为了使可动触点通过环极时电弧便恰当地转移到环极，那么该装置应被制造得可动触点同环极的位置关系非常精确，这一点是苛刻的。任何有关可动触点和环极相对间隔的偏差均可能对装置灭弧所需的时间长短产生不良效果，于是得出了一种工作于非预期方式的装置。其次，为了引导电弧进入环极内部区域，对第二种已知类型而言，有必要使可动触点的运动沿着一条伸展进入环极内部的路径。

美国专利4503302中示出了第三种已知类型的电弧遮断器，它同上面提到的第一种结构类似之处在于，所提供的环形消弧极通过围绕着环极的磁场线圈被与可动触点电气相连，和一个固定触点被设置在环极的内部。但在美国专利4503302所示装置中，可动触点被安装得可绕枢轴作枢转运动，该枢轴是沿着与环极的中央轴平行的方向延伸的。于是，如同第一种所提的装置，在可动触点和固定触点之间保持着电弧，直到可动触点已经朝环极移动了一段实际距离，因而延迟了开始电弧转移所需的时间。

提供一种连贯地灭弧的电弧遮断器是很有利的，它能在触点断开以后相当短暂时间以内连贯地灭弧，其目的是，允许电弧遮断器被使用于包括熔断器、隔离开关等其他元件的配电系统，系统在它们自己的工作中依赖于电弧遮断程序的定时性。因而本发明的一个目的是提供这样的一种结构。

本发明的另一目的是提供一种结构简单的电弧遮断器，并且它允许电器的不同零部件间的有关间隔以较大的容差极限（某种程度上），而与至今已知的装置需要非常严的容差的情况相反。

进而，本发明的一个目的在于，提供一种电弧遮断器，其中从触点间成弧的时刻起实质上电弧已在被控制之中，直到已被灭弧为止。以便加速转换和灭弧。

本发明还有一个目的是，提供一种电弧遮断器，其中遮断器的可动触点的角部邻近处所承受的静电应力通过修整角部周围场的方法得以降低，从而使环极的尺寸可以被缩小而不反过来影响该型遮断器通常所需耐高电压脉冲的能力，该高电压脉冲发生在当雷电袭击遮断器与之相连的配电线时。

这些优点，外带其他的优点均可通过使用按照本发明所构造的电弧遮断器来得到。例如，在其最佳型式中，一个按照本发明所做的电弧遮断器包括一个固定触点和一个具有一个臂的可动触点，该可动触点可以选择性地与固定触点相接触。一个断弧用的环极是与触点相关连的，它具有相对的两端，当一个磁场线圈以围绕的关系被提供到环极时，在相对的两端之间确定有一根中央纵轴。提供了由磁场线圈至固定触点的电连接装置，因而磁场线圈同固定触点是相同的电位。

可动触点的臂包括一个从臂的其余部分伸出而朝向环极的角部，其伸出的方向通常平行于环极的纵轴。当可动触点被迁移以便遮断通过触点的电流，该臂可沿着一条垂直于并朝向环极的纵轴的路径移动而越过环极。当处于受激励的状态的可动触点被从固定触点断开，电弧在动、定触点间产生。触点一断开之后，当臂接近环极和横跨环极时，臂配合着可动触点角部的其余部分产生第一和第二电磁力施加到电弧上。第一电磁力作用方向朝向环极，因而在几乎与可动触点离开环极的距离无关的情况下促使电弧从固定触点转换到环极。第二电磁力的作用方向是沿着相对于环极中央轴的环绕方向，用以增强旋弧并因此熄灭电弧。

一个修整围绕着臂段角部的静电场的修整装置也被提供在电弧遮断器中。最好是，该装置包括一个从环极的第二轴向端沿着其中央纵轴朝向其第一轴向端的导体。该导体包括一个内轴端，当臂段被移动到中央纵轴的位置时，该内轴端与角部之间稍稍离开一点。

通过这个结构，实现了许多优点。例如，通过在臂段的角部周围的静电场中提供均匀的梯度的方法，遮断器就可能更好地耐受高电压脉冲而不致击穿，其耐受能力超过那种如果不提供如此修整装置的遮断器。

对在遮断器中提供的修整装置若作随意的选择，用以对包围着臂段角部的静电场进行修整的话，将会造成增加环极的直径直到臂段的角部和环极之间的气隙距离，当臂段处于与中央纵轴交会的位置时，环极的尺寸应该要足够地大，大到可以在遮断器承受预定量值的高压脉冲而不致起弧，但由于尺寸问题受了限制，假设用在一个密封在绝缘气体保护之中的自动开关上，这样的修整方案就宁肯不用。于是按本发明的遮断器来提供修整，则可能减小环极的直径至某一尺寸规格，即在一个自动开关盒的传统规格的空间中能容易地进行装配的尺寸规格。

可从本发明的结构领会到的另一优点是在于，修整装置的导体的存在。当可动触点从固定触点作分离时，该导体对正常燃弧所产生的热起到分配作用。当电弧转移至导体时，该种热的分配就发生了，那时，臂段的运动趋于一个与中央纵轴交会的位置，一旦电弧转移到了导体，臂段的角部便被允许去冷却而由电弧所产生的热则被分配到了可能比起臂的角部来说具有更大质量的导体上。换句话说，因为电弧决不停住在臂段的角部上，角部也并不象遮断器中不存在修整装置的导体时那样熔蚀得那么快，于是可动触点的寿命也就延长了。

意料之外的是，可以观察到，通过在遮断器中提供修整装置的导体，在遮断过程中有时电弧从可动触点向导体的转移出现得非常早。尤其是，通常在遮断时，电弧从可动触点至导体的转移同当可动触点直接通过环极一样地早。作为对这种较早的电弧转换的结果可被领会有几种好处。例如，通过具有电弧至导体的早期转移，在遮断过程中比较早地实行电弧的拉长，并且在遮断过程中，在环极范围内整个长弧开始旋转的时间要比若缺少导体时开始旋弧的时间要早。当提供了上述已论及的其他好处时，这些效果增强了电器的能力，使得它断起弧来既快又可靠。

在本发明的最佳形式中，电弧遮断器的可动触点被安装得可绕一个按平行于环极中央纵轴方向延伸的枢轴作枢转运动，并包括一个角部，它通常设置在一个垂直于中央纵轴的平面内。

以下结合附图详细地描述本发明的一个最佳实施例，其中：

图1为按照本发明所做的电弧遮断器的平面图，图中可动触点与固定触点处于相连状态;

图2为图1遮断器的一个横断面侧视图;

图3为所示可动触点处于与固定触点分离的状态并且可动触点正横跨环形电极时的遮断器平面图，

图4为图3的遮断器的一个横断面侧视图;

图5为所示可动触点正处于环形电极的包围之中的遮断器平面图;

图6为图5遮断器的一个横断面侧视图;

图7为所示可动触点正处于中央纵轴位置时的遮断器的平面图;

图8为图7遮断器的一个横断面侧视图;

图9为一个概图，示出了遮断器的结构中不带修整棒时的遮断器静电场;

图10为一个概图，示出了按照本发明遮断器的结构中具有一个修整棒时的遮断器静电场;和

图11为静电场与可动触点朝向环形电极的间距的关系示图，对应于对图9的遮断器和图10的遮断器两种情形且可动触点均位于中央纵轴。

示于图1的是一种电弧遮断器，它是按照本发明所构成的，使用于电开关装置领域。尽管图中未示出，但该电器最好被设置于一个充有具备优质灭弧性能的绝缘气体的外壳中，如，六氟化硫预期可被使用来当作该种绝缘气体，这是由于该类型的气体具备很多优点。六氟化硫是一种隋性、无毒、不燃的气体，它是一种极好的介质。另外，由于该气体是电负性的，故它是一种极好的灭弧材料。

一对套最好以密封的方式延伸通过外壳并采用来连接到如图所示的电弧遮断器上。套之一被连接到电器的固定触点而另一个套被连接到可动触点，因而在正常接通的情况下，从配电线或类似物来的电流通路包括套、固定触点以及正常时与之接触的可动触点。

在电器本身中，如图1所示，固定触点10和可动触点12，与环形电极14一起，被安装在一个由绝缘材料如缩醛或环氧树脂构成的支架16上。固定触点10包括一个通常为U型的触点件18，该固定触点可借助任何适合的方法如螺柱和螺母组合件22保持在固定触点臂上，一个U型的偏置元件24被夹在触点元件18和触点臂20之间，该偏置件包括两条沿触点件18的两腿外侧面伸展的偏置件腿。偏置件24的腿向内压紧触点18的双腿，使触点件的双腿互相靠拢以便当正常电流通过电器时保持动触点12与固动触点10相接触。

一个L形静止的弧尖26（见图2和图4）被提供于固定触点10上，该弧尖也通过螺柱和螺母组合件22安装在触点臂20上并且它的伸展超出触点件18一个预定距离。静止的弧尖26用具备适当耐弧性能的弹性导电金属材料制成。触点臂20借助任何适合的方法安装在支架16上，例如用再一个螺柱和螺母组合件贯通触点臂20和支架16的一个侧壁28的方法。

尽管图中未予示出，但在某些情况下，有必要在弧尖上提供附加的耐热材料来强化弧尖。例如可以在弧尖靠近遮断情况下可动触点从弧尖分离的地方，固定一个耐热材料的护套。通过在该处提供附加材料，使弧尖承受电弧高温的耐力得以提高。

可动触点12包括一根长的导杆件30，在导杆两端头的居中处设有一个孔32，而由一个枢轴34穿过该孔。可动触点12与母线33之间保持压力接触的状态，其方法是借助枢轴34上装有弹簧给予一预定的弹力。该母线33与套之一相连。长导杆30包括伸展在孔32和导杆30的一端38之间的第一臂段36以及从孔32伸展至导杆30另一端42的第二臂段40。导杆30的第一臂段36是可围绕着由枢轴34的中心轴枢转的，它可以有选择地与固定触点10接触在其双腿18之间。第一臂段36最好是L形结构的，并且它包括一个角形部分44，它的角部由臂段36起沿着一个通常垂直于臂段36和平行于环形电极14的中央纵轴的方向伸向环形电极14。该角部44或可用同臂段36的相同材料块制成，也可以用不同的材料块构成，例如，如图4所示，角部44可以用第一部分中空的圆柱形件46和一个耐弧的端头48构成，它们两者均被螺纹的轴或其类似物轴向穿过角部44来连接臂段36。

第二臂段40起一个连杆的作用，通过该连杆，驱动器50得以操纵可动触点12，使之与固定触点10相接触或分离。如以下详述的，在遮断器工作时，驱动器50使长导杆30围绕着枢轴沿着一条路经作枢转，该路径伸展在图1所示的可动和固定触点12和10相接触的位置和图7所示的可动触点12处于环极14的中央纵轴的位置之间。尽管示例中所述的驱动器50对可动触点12的长导杆30的接触点是在第二臂段40的端头上，但应指明的是，一种变换的结构也可以包括某种伸长的导杆，该导杆至驱动器的连接点是沿着第一臂段，位居于孔和放置角部的导杆端头之间的地方。

被安装有触点10、12和环极14的支架16通常是做成圆形的，它包括一个内径表面52，该表面沿可动触点12的枢轴相平行的方向轴向地伸展。固定触点10被安装在支架16的外径表面54上的一个与可动触点12的枢轴34的安装位置相隔一段圆弧的地方，从而使固定触点10至可动触点12的枢轴34的分开距离等于枢轴34与可动触点12的角部44之间的距离。通过用此方法来构成该电器，当触点10、12处于接通状态时，由固定触点元件18的双腿抱住和保持住角部44。为了更便于角部44跟固定触点元件18作接通与断开运动，固定触点元件两腿应按通常为正切于可动触点12的角部44的运动路径方向来确定。

遮断电弧用的环极14被置于支架16的开口中，它包括两个相对的轴向端56、58，在那儿限定一个中央纵轴60。遮断电弧用环极14用导电材料例如铜来形成，并且通常是中空的圆柱形的。环的一端56由支架16的绝缘材料紧密地围绕，该支架16与环极14的一端齐平，由那里径向向外延伸至固定触点10的静止弧尖26的下方部位。当结合以下电器操作所讨论的，设置在固定触点10和环极14之间的绝缘材料起着两方面的好作用。首先，当在可动触点12和固定触点10在分离的情况下在它们之间形成电弧时，一种磁性力（以下详述）会将电弧推向与绝缘材料相接触，于是在该处冷却着电弧和耗散着电弧能量。其次，当电弧接触绝缘材料时，电弧多少熔下一点材料而引起气体的释放，该种气体进一步辅助了灭弧。

磁场线圈62包围着环极14，它由导电带形材料例如铜的绕组组成。在图1所示的实施例中，导电带材围绕环极按顺时针方向由里及外绕制。磁场线圈62在其内径绕组处与环极14相接触并与固定触点10借助一根引线或母线条64作电连接，该引线或母线条64伸展在线圈62的外绕组与触点臂20之间。于是环极14通过磁场线圈62如此被连到固定触点10上，因而一旦可动触点与固定触点10或环极14之间流着电流时，那么磁场线圈62便维持在激励状态。磁场线圈62的绕制方向是重要的，因为通过线圈的电流所建立起来的磁场按该方向起作用，即按线圈62围绕环极14绕制的相同方向起作用，例如，由于图1中绕组以顺时针方向作延伸，由通过线圈62的电流所建立的磁力也按顺时针方向作用在从环极14处对环极14的内径表面66成直角向内伸展的电弧上。于是沿环极14的内表面66的任意点上，向着该表面向内径向地延伸的电弧按照绕组的方向沿着该表面圆周形地被推进，从而引起电弧围绕着环极14的内部转动起来。

在磁场线圈62的外周上设置有一个加强环68，并且该加强环68沿着磁场线圈被固定在支架16的内径表面52的环形台阶部分70之中。为了给予环极14和磁场线圈62以机械刚度并保护磁场线圈防止损坏，加强环68最好用钢来构成。另外，该钢环68将线圈绕组维持在一个适合的限定范围内，从而使线圈绕组一旦已被装配后很容易被固定到支架上。钢环68也还起线圈62的外磁场的磁通路的作用。

电弧遮断器的工作按附图的序号次序作了描述，其中也包括了可动触点12从固定触点10分离而作枢转时的实际程序。

如图1和2所示，当可动触点12的角部44保持与固定触点10相接触时，它们之间无电弧形成。但在可动触点12从固定触点10的静止弧尖26作分离时，在弧尖26与可动触点的角部44的末端74之间形成了电弧72，而电弧远离了臂36的主要伸长段76，如图3和4所示。

一旦在触点10和12之间已经形成了电弧72，磁力F₁和F₂便立即作用到电弧上，迫使电弧朝着环极14的方向并同时环绕电极14按磁场线圈62的绕行方向移动。例如，在一个15KV的配电系统中，若一个4000安的故障电流呈现出来，而电弧遮断器工作时，磁力F₁会接近0.03牛顿，而磁力F₂会是约0.93牛顿。这些磁力是由于相对于电弧72第一臂36的构形而产生的并可以通过已知的方法计算出来。由于长杆40的第一臂36的构形和相对于在臂和固定触点间所形成的电弧而言该臂的位置关系，力F₁和F₂同时起作用使电弧按所希望的方向的方向作移动。

由于可动触点12的第一臂段36的构形所致而发生的力F₁，若无外力作用于电弧，将在电弧本身行进方向的垂直方向作延伸。由于第一臂段36的角度，以及作为一个柔软可变的载流导体的电弧的已知行为，它可按把在电弧和臂段36之间的角度趋向于拉直的方向作移动和弯曲。这归因于趋向使围绕着臂段76和围绕着由电流I₁所流过的电弧所建立的两个磁场的相互作用减少的缘故。在臂段36相对于固定触点10和环极14而言位置关系确定的情形下，电弧72由力F₁沿环极14的顺时针方向的作用而移动，如同以下将讨论的，该力是与磁场线圈62中力的作用方向是一样的方向。因此，在电弧72已经实际上转换到环极14以前和在磁场线圈62的力开始作用到电弧上之前，电弧便开始沿其最终旋转的方向作移动。

同样地，由于相对于臂36的角部44而言电弧72是带角度的，由电流I₂通过该两导体所产生的两磁场的相互作用的结果所发生的力F₂的影响下，电弧要相对于角部44直线拉出。在力F₂的作用下，电弧沿着朝环极14的方向移动。于是在电弧形成后，电弧就立即被推向与支架16的绝缘材料相接触，从而在电弧转移至环极14之前，就导致了电弧的冷却作用。其次，第二力F₂也把电弧推向环极14，其目的是促使电弧较早地转移至环极。力F₂实质上大于力F₁，原因在于分离，即在于与电弧72和角部44之间直接接触的情况正相反，电弧72和臂段36的伸长段76之间是分开的。

在可动触点12运动在固定触点10和环极14之间的期间，线圈62的磁场并不作用在电弧上，但电弧从它建立之时起，通过由于围绕着可动触点12的第一臂段36作用的磁场所产生的力F₁和F₂施加在电弧上，电弧就被较好地控制起来。如此早期控制的一个好处包括当电弧一转移至环极14时，就沿着最终将旋转电弧的方向拉长着电弧。借助提供了这种早期拉长电弧的方法，电弧路径的长度增加了，并且电弧材料被扩散进入壳体的绝缘气体中，于是导致加速灭弧的效果。

此外，因为通过力F₂的作用迫使电弧对着支架16的冷态绝缘材料，从而借助该材料来带走电弧能量远早于电弧能转移至环极14的时间，并且通过绝缘材料的熔蚀，稀放了气体，这些气体进一步有利于灭弧。因此，当可动触点12-通过环极14时，力F₁就马上促使电弧转移至与环极14相接触，结果是促进了电弧的早期转移。

应该指出的是，在最佳实施例中，固定触点10的静止弧尖26跟环极14径向地被间隔了一个相对短的距离，由这一结构所获得的优点，归结于在环极14和固定触点10之间存在绝缘材料因而当由于力F₂的作用电弧被推入绝缘材料时，绝缘材料即吸收了来自电弧的能量。但是，在弧尖26和环极14之间的径向间隔可能在某一间隔距离范围内作变化，而无损于本结构所能实现的几大主要优点。

如图5所示，当电弧72已经转移至环极14时，力F₁便由磁场线圈62的力F_c极强地作了增补，力F_c以与F₁同样的方向作用在环极14内部的空间范围内。与力F₁和F₂类似，力F_c是由于在围绕着电弧所产生的磁场与电流流过线圈而在线圈周围所产生的磁场相互作用引起的。因为电弧的作用如同一个柔性的载流导体，电弧极力要在沿线圈周围的每一点上要使电弧与线圈之间的电流路径拉直，电弧将沿线圈的顺时针方向圆周地移动，如图5所示。但是由于在线圈62中的匝数和借助电弧72和环极14之间直接接触的情况，由线圈62施加到电弧上的力F_c可能比力F₁或力F₂的任何一个都要高出很多倍。

如图6所示，在电弧转移到环极14以后，力F₂继续作用到电弧72上，这是由于一般在电弧72和臂36的角部44之间继续保持的垂直关系所致。力F₂引起电弧穿过环极14的第一轴向端56，这样一来便可使电弧在力F_c作用下很快地旋转起来。于是，可动触点12进入由环极14所决定的内部区域的机械运动成为不是必须的，当然沿着一条在一个垂直于环极14的中央纵轴60的平面内延伸的路径来移动可动触点也是可能的，并因此还可以使路径的长度变得更长，于是相比那些已知装置的可动触点的所走路径显得更加优越，而在已知装置中可动触点的所走路径则须伸进环极的内部区域。

在图7中，可动触点12的臂36被表示为它带有正处在与环极14的中央纵轴60共线的位置上的角部44。电弧遮断程序的这一阶段最好在故障遮断动作起始后不迟于约8毫秒即到来，可以发现，在此阶段中，在大多数情况下，已经成为灭弧状态。但是为了把起灭弧作用的各种力解释得更清楚，图中仍被示为有电弧存在的情况。

为了理解灭弧的方式需要领会：当电弧已经转移至环极14时，电流流过电弧遮断器的方法。该电流，是交流电，它流过可动触点12的第一臂段并流过电弧72进入环极14，然后在那里导通磁场线圈62的绕组。在环极14中，通过环的磁场相位是相对流经电弧72的电流相位而改变的。为了达到所需要的在约30和60度之间的相移，可以改变环极14的厚度和导电率，因而当每半周电弧72中的电流过零时，在环极14中的磁场接近其尖峰。

由于这种相移，在环中磁场的影响下甚至于当通过电弧的电流达到电流过零时，电弧材料继续旋转着，其结果造成：由电弧建立起离子化气体和由其增补着电弧材料，该离子化气体旋转进入壳体中的灭弧气体并被去离子化，绝缘气体的电负性质很快地使电弧去离子化并恢复了其本身的介电强度，于是防止了气体的再度离子化。因而电弧便被排除了重建的可能性。

为了确保在臂段36的伸长段76和环极14之间无电弧形成，臂段36的角部44被设置在离可动触点12的枢轴某一距离上，该距离接近等于在枢轴和环极14的中央纵轴60之间的分离距离。因此，当臂段36处于图7和8所示的位置时，第一臂段36的角部44与中央纵轴60是共线的。另外，臂段36的伸长部分76应轴向地偏离环极14第一轴向端56以一个D₁的距离，由此所建立起来的介电强度必须大于在臂的中央位置下（如图8所示）在角部44和环极14之间的D₂处建立的介电强度。以这种办法，使环极14和第一臂段36之间的介电强度大于在环极14和角部44之间的介电强度。

为了进一步加强在环极14和第一臂段36之间的介电强度，如图8所示，在遮断器上提供了修整的方法，以便在臂段36接近图7和8所示的中央位置时对包围角部44的静电场作修整。该修整方法包括：一根中空铜制修整棒80形式的一个导体，该棒位于环极14之中，与中央纵轴60呈共线。该修整棒80的内轴端82最好伸展至角部44的端头块48的1/4英寸范围内，因而修整棒80与端块48之间的间隙在角部处在所示位置时是很小的。应注意的是，尽管修整棒被示为是中空的，然而也可以制作一个实心的棒。进而，尽管最好制作的修整棒具有与角部的形状相当的横截面形状，但也可以制作其他形状的修整棒。

修整棒80的另一端（未示出）被连接到母线33，该母线则延伸至某一套和可动触点12之间，因而当可动触点12同固定触点10作分离时，以电弧72看来，可动触点12的角部44和修整棒视作一个单根导体。最终，一旦可动触点12的角部已越过一足够的距离而趋向如图7和8所示的位置时，电弧72转移至修整棒80，而不是停留在角部的端头块48上。

由于当可动触点的角部44移动时，电弧转移到了修整棒80，因而在角部端头块48中生的热减少和导致蚀损量也减小。这种对端头块蚀损量的减少所带来的潜在的附加优点在于：通常，端头块的蚀损导致在环极范围的气体中出现金属成分的增多，而这就对在可动触点和环极之间的介电强度起相反的作用。由此，通过使环极范围内气体中的金属量减少，相信可以防止介电强度的降低。

其次可动触点12的端头块48所遇到的蚀损量的降低的另一种好结果是通过在本发明的遮断器中使用了修整棒80来达到的。参见图9，当可动触点处于环极14的纵轴60时，该图梗概地示出围绕着可动触点12的角部44的静电场。

在图中，示出了许多等位线84-110，它们指示了在角部44和环极14之间区域内同一电位的地方，尽管图中所示是双座标尺寸的，但应该理解到，由于角部44、修整棒80和环极14的结构是对称的，因此围绕着角部的周围的所述场实质上是相等的。

参见图10，该图也概略地示出了当处于中央位置时围绕可动触点12的角部44的静电场。然而在图10中，在该电器中包括有修整棒80，并且图中也示出了在角部和环极之间的区域中在等位线方面，修整棒的出现所带来的效果。

如同已知技术所示，静电应力是一种力，它可以作用在处在静电场中的原子的电子上，并且它策动电子从原子中分离出来而引起离子化。在本例中，这样的应力是表现在可动触点12的角部44周围的区域中，其静电场的状况是：当遮断器经受一个例如量值为110KV或更大些的高电压脉冲时，在可动触点12和环极14之间出现介电强度击穿，和在该处形成短时的电弧。为了防止在介电强度方面如此的击穿，有必要降低包围着角部区域中的应力，而如此的降低是靠着在环极14中提供修整棒80来达到的。

如图9所示，在包围着可动触点12的角部44的电场中的应力是由等位线84-110的密集度来体现的。在等位线间隔密的地方的应力高于等位线较为散开处的。换句话说，在等位线84-110的任何两根之间的应力水平可以说成是等于在任意给定方向在这样的两根线之间的单位电压降。从图9可以看出，邻近可动触点角部的等位线100-110互相之间的间隔相对地较宽，这就表明，在邻近角部44要是提供修整棒的区域所存在的应力较小。

图11中提供了存在于图9的结构和图10的结构中其场应力之间一种比较。指示出了按照本发明的一个典型实施例的应力图，该例中遮断器具有一个内径3英寸的环极。图11的垂直座标被标有“场”并标以KV/mm，而水平座标标有“距离”并标以英寸，它从端头块48的外表面起算到最靠近环极14的点。

从该图中可见，在图9的不存在修整棒的情形下直接邻近角部处，围绕着可动触点的角部的应力较大，这由图中曲线112示出，而若在提供有修整棒的情形下，在离角部相同的距离处所存在的应力较小，这由图中曲线114来体现，它代表图10的端头块和环极之间的应力。从有或无修整棒两种情形下的邻近角部的应力方面的这种差异来看，能领会到，在角部和环极之间的介电强度实际上可以通过将修整棒植入到图10所示的位置的方法得以增加。进而，如此达到的介电强度的增加并不需增加在触点12的角部和环极之间的距离，因而就不必增大环极的直径。在图11中的线116被用来表示负脉冲极限，在所示典型实施例中，在经受110KV高电压脉冲情况下，超过了该极限，介质强度发生击穿。图中可见，在无修整棒的情况下，角部邻近处的应力超过了该极限。

通过以上描述的并在权利要求书中宣告的方式制作的电弧遮断器还可领会出其他一些优点。例如，通过提供所述的构形，电弧从其瞬时形成的一开始便按所提出的专门方式被控制和转移，这就使连贯地、在一个灭弧时间短于以往可能的时间内灭弧成为可能。当这种连贯灭弧可被确保时，就可能更容易地设计出依赖于电弧遮断器的定时性而工作的其他一些开关装置。于是通过使用按照本发明的电弧遮断器，不仅电弧遮断器的可靠性会提高，而且整个配电或开关系系统的可靠性也可藉此得以提高。

其次，如上所述，由于F₂起到将电弧推至环极的作用，这就可能在环极的第一轴向端和可动触点的角部的端头74之间留出一个可变动尺寸的间隙，而并不明显地影响电弧从固定触点转移至环极的变换的定时性。在整个装置的工作相容性作了改进同时，电弧遮断器的制造和装配就大大简化了。

当然，在不背离权利要求书中所提出的本发明的范围的情况下，按照本发明来构造一个电弧遮断器是可能的。例如，尽管图中所示的可动触点是可枢转地被连接到了支架上，但也可以使可动触点沿着任何线性的或弧形的路径在接通和分断位置之间作移动，而所述路径按垂直于环极的中央纵轴的一个方向作延伸，只要臂36相对于电弧的定位实质上同最佳实施例中所述的保持相同，从而两个力同时地沿两个方向作用在电弧上即可。

Claims (24)

1、旋转型电弧遮断器包括：

一个第一固定电触点；

一个具有第一和第二轴向端的和规定有一个中央纵轴的环极；

一个围绕着环极的磁场线圈；

用于将环极通过磁场线圈电气耦合到固定触点从而当电流流过磁场线圈时在环极内建立磁场的装置；

一个具有一个臂段的第二电触点，该臂段可沿着在垂直于环极的中央纵轴的平面内的路径作选择性移动而进入接触固定触点的位置，该臂段通常是L形状的结构，它呈现出一个第一角部，该角部沿平行于中央纵轴的方向作延伸；

固定触点被设置在沿环极的径向朝外邻近环极的第一端的一个位置上，以致当与固定触点相分离时，使可动触点的臂段朝着环极的中央纵轴作移动，

其特征是，在第二触点与固定触点作分离时，引起电弧形成的情况下，所制作和安装的第二触点的通常L型的臂段产生一个第一电磁力，该力被施加于电弧，其作用方向朝着环极，同时还产生一个第二电磁力，该力同时施加于电弧，其作用方向是沿着相对于中央纵轴的环绕方向。

2、按照权利要求1所述的电弧遮断器，其特征是，从环极的第二轴向端朝着第一轴向端，实质上沿着中央纵轴延伸的一个导体，该导体具有一个内轴端，当臂段被移动到与中央纵轴共线的位置时，该内轴端是与臂段的角部分离的，

当臂段被移动到与中央纵轴交会的一个位置时，该导体被制作和构形为包围着臂段的第一角部的静电场提供一个通常均匀的梯度。

3、按照权利要求1所述的电弧遮断器，其特征是，其中第二电触点的臂段被安装使其围绕一个枢轴作枢转运动，该枢轴是沿着平行于环极中央纵轴方向的。

4、按照权利要求1所述的电弧遮断器，其特征是，进一步包括支持固定触点、环极、磁场线圈和第二触点的各安装装置，所述的安装装置进一步包括绝缘装置，用以当第二触点与固定触点分离时，使固定触点、环极和磁场线圈与第二触点作隔离。

5、按照权利要求1所述的电弧遮断器，其特征是，在环极和固定触点之间，径向地朝环极的第一轴向端的外部放置的绝缘材料，该绝缘材料在电弧形成的情况下处于电弧路径之内，因而当第二触点由固定触点作分离运动时，电弧能量可被带走。

6、按照权利要求5所述的电弧遮断器，其特征是，绝缘材料选自由热塑性的缩醛树脂、环氧树脂和它们的任何结合物所组成的组别中。

7、按照权利要求1所述的电弧遮断器，其特征是，第二触点的臂段包括一个伸长部，它通常延伸在一个垂直于中央纵轴的平面中。

8、按照权利要求1所述的电弧遮断器，其特征是，包括一个中空的圆柱形支持环，与磁场线圈保持紧密围绕的接触。

9、按照权利要求1所述的电弧遮断器，其特征是，包括驱动装置，用来使可动触点同固定触点作进入接触或退出接触的选择性运动。

10、按照权利要求9所述的电弧遮断器，其特征是，第二触点包括通常设置在垂直于中央纵轴平面内的一个第二臂段，驱动装置与第二臂段相连。

11、按照权利要求1所述的电弧遮断器，其特征是，包括一个中空的圆柱形支持环，与磁场线圈保持紧密围绕的接触。

12、用于遮断器高压电流的旋转型电弧遮断器，它包括：

一个固定电触点;

一个具有一个臂段的可动电触点，它选择性地与固定触点相接触，当处于励激状态的可动触点从固定触点作分离时电弧便被发生;

一个遮断电弧用环极与触点相关，和该环极具有相对的端面并在它们之间规定有一个中央纵轴;

一个包围着环极的磁场线圈;和电气地连接磁场线圈和固定触点的电连接装置，从而当可动触点从固定触点作分离时，一个电弧在可动触点和环极之间形成，而且磁场线圈被维持在一个激励状态;

可动触点的臂段包括从臂段突出的角部，该角部沿着通常是平行于环极纵轴的方向而朝向环极，当可动触点被移动用以遮断流过触点的电流时，臂段沿着一条垂直于和朝着环极纵轴的路径被移动而越过环极。

臂段的部位被作这样的安排：在触点分离时当角部接近环极并然后移越环极的情况下，相对于电弧而言，能同时引起第一和第二电磁力，两种电磁力均被作用到电弧上，第一电磁力的作用方向是朝着环极的，而第二电磁力的作用方向是相对于环极中央轴的环绕方向，以此来加速旋转并因此而熄灭电弧。

13、按照权利要求12所述的电弧遮断器，其特征是，包括用以修整围绕着臂段的第一角部的静电场的修整装置，以此使由邻近第一角部的静电场所施加的应力受到限制。

14、按照权利要求12所述的电弧遮断器，其特征是，可动触点的臂段被安装成可绕枢轴作枢转运动，而该枢轴是沿着环极的中央纵轴的平行方向延伸的。

15、按照权利要求12所述的电弧遮断器，其特征是，包括分别支持固定触点、环极、磁场线圈和可动触点的安装装置，所述的安装装置进一步包括绝缘装置，用以当第二触点与固定触点作分离时，使固定触点、环极和磁场线圈与第二触点作隔离。

16、按照权利要求12所述的电弧遮断器，其特征是，在环极和固定触点之间，在环极的端部之一径向朝外地放置的绝缘材料，该绝缘材料在电弧形成的情形下处于电弧路径之内，因而当可动触点从固定触点作分离运动时，部分电弧能量可被带走。

17、按照权利要求16所述的电弧遮断器，其特征是，绝缘材料选自由热塑性的缩醛树脂、环氧树脂和它们的结合物所组成的组别中。

18、按照权利要求12所述的电弧遮断器，其特征是，第二电触点的臂段包括一个伸长部，它延伸在一个垂直于中央纵轴的平面中。

19、按照权利要求12所述的电弧遮断器，其特征是，包括驱动装置，用来使可动触点的臂段同固定触点作进入接触或退出接触的选择性运动。

20、按照权利要求19所述的电弧遮断器，其特征是，其中的可动触点进一步包括一个跟驱动装置相接触的第二臂段。

21、在可动触点从固定触点作分离的情形下，在可动触点和固定触点之间成弧时的遮断方法，此时固定触点是通过串联在固定触点与环极之间磁场线圈与环极保持电联系，环极规定有一个中央的纵轴，该方法包括以下步骤：

实质上在一成弧的情况下立即置电弧于控制之下，其方法是，施加给电弧一个第一电磁力，该力的作用方向是朝着环极的，同时还施加给电弧一个第二电磁力，它的作用方向是沿着相对于中央纵轴的环绕方向的。

22、按照权利要求21所述的电弧遮断方法，其特征是，进一步包括以下步骤：

修整邻近可动触点处静电场的方法，其目的是一旦可动触点已经移至与中央纵轴交会的位置时，可以限制由邻近可动触点的静电场所施加的应力。

23、按照权利要求21所述的电弧遮断方法，其特征是，

电弧的控制还包括强制的步骤，当可动触点被移动到接近环极的位置时，强制流过可动触点的电流沿着紧邻环极处基本上是直角的路径作运行。

24、按照权利要求21所述的电弧遮断方法，其特征是，

电弧的控制还包括引起电弧拉长的步骤，在电弧转移至环极之前，就开始将电弧沿着最终旋转的方向作拉长。

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