CN104903985B - 开关装置 - Google Patents

Abstract

为了构造一种具有改善的灭弧特性的开关装置，该开关装置具有由能沿运动方向运动的动触头和定触头组成的接触系统以及灭弧装置，建议一种开关装置(1)，该开关装置具有由能沿运动方向(12)运动的动触头(7)和定触头(5)组成的接触系统(4)以及灭弧装置，该灭弧装置具有用于产生在与运动方向(12)垂直的平面内形成的磁场的装置(13)和由与动触头(7)导电连接的第一电极(16)和与定触头导电连接的第二电极(18)组成的电极装置，其中，第一电极(16)和第二电极(18)布置成，使得能在第一电极(16)和第二电极(18)之间形成与运动方向(12)垂直并与磁场垂直的电场。

Description

开关装置

本发明涉及一种开关装置，该开关装置具有由动触头和定触头组成的接触系统以及灭弧装置。

具有由动触头和定触头组成的接触系统以及灭弧装置的开关装置在众所周知的现有技术中是已知的，例如在低压领域为具有定触头和可旋转支承的动触头的开关器，其中设有灭弧板形式的灭弧装置。在中压领域，已知开关装置例如为真空开关管，该真空开关管具有从真空密封壳体真空密封可移动地引出的动触头以及同样真空密封从真空壳体伸出的定触头，两者在真空壳体内部构成接触系统，其中，通过接触系统的触头间的开口形成了灭弧装置，该开口设计用于产生磁场并且使电弧变宽或旋转，该电弧在电流过零时熄灭。

本发明所要解决的技术问题是构造一种具有改善了灭弧特性的开关装置。

该技术问题通过一种开关装置解决，该开关装置具有由可沿运动方向移动的动触头和定触头组成的接触系统以及灭弧装置，该灭弧装置具有用于产生在垂直于运动方向的平面内形成的磁场的装置和由与动触头导电连接的第一电极和与定触头导电连接的第二电极组成的电极装置，其中，第一电极和第二电极布置成，使得可在第一电极和第二电极之间形成与运动方向垂直并与磁场垂直的电场。

这种开关装置具有改善了的灭弧特性，因为通过用于产生磁场的装置和电极装置，在接触系统断开时短路电流情况下出现了具有作为等离子体的导电粒子的电弧，并且这时用于产生磁场的装置中形成的磁场可在由第一电极和第二电极组成的电极装置中产生电场，因为电弧的等离子体的带电荷的导电粒子由磁场中的运动决定地向电极移动并在此处建立了导致产生反向电流的电场，该反向电流与外部所施加电压相反地形成并因此反作用于电弧燃烧电压并引起或有助于灭弧。这种开关装置特别有利的是，该开关装置不仅可用于直流电压工作，也可用于交流电压工作，因为通过磁场产生装置和电极装置形成的电场在直流电压工作中足以灭弧，而在交流电压工作中在交流电半波时同样足以反作用于电弧燃烧电压并有助于灭弧。在此，这种开关装置灭弧的基本原理是本身已知的磁流体动力学发电机的原理，其中，导电粒子流在磁场中的运动由作用在导电粒子上的磁场力决定地在电极装置上产生了电场，并且导致产生直流电流。对于按本发明的开关装置，这种在电极装置中产生的电场有利地与外部施加电压指向相反并因此与电弧燃烧电压指向相反，并因此有利地引起或有助于灭弧。

在本发明的一种有利的设计方案中，用于产生磁场的装置具有U型铁心，该U型铁心的底边设置在定触头和定触头的形成电流回路的导电连接线之间，而U型铁心的双臂围绕且沿接触系统延伸。

换而言之，通过按上述有利的设计方案的装置中的U型铁心构造了一种深槽式电动机，其中，当U型铁心的臂之间出现足够高的电流时将会产生磁场，该磁场对接触系统的动触头施加致使接触系统打开的力。此外，通过U型铁心装置和因此产生的磁场也保证了施加在导电粒子或等离子流粒子上的力，该力可用于在电极装置上建立反向电场。

在本发明的一种特别有利的设计方案中，第一电极从动触头一侧向定触头方向延伸，而第二电极从定触头一侧向动触头方向延伸，使得在接触系统断开时，第一电极和第二电极围绕且沿第一电极和第二电极之间形成的间隙延伸。通过第一电极和第二电极的这种布置实现了简单几何形状的结构，通过这种结构就能够与电流方向和磁场方向的叉积相应地在第一电极和第二电极之间形成与动触头的运动方向垂直并与磁场垂直的电场。

在本发明的一种特别有利的设计方案中，动触头与驱动器电绝缘地机械联接，并通过第一滑动触头与开关装置的第一电接头导电连接。代替滑动触头，柔性导体也可以用于导电连接。这种滑动触头或柔性导体提供了简单的可能，使开关装置的第一电接头与动触头的导电连接，并同时保证了动触头的用于打开或关闭开关装置的接触系统的运动。

在本发明的另一种特别有利的设计方案中，第一电极通过第二滑动触头与开关装置的第一电接头导电连接。代替第二滑动触头，第二柔性导体也可以用于导电连接。用于将第一电极与开关装置第一电接头导电连接的第二滑动触头或第二柔性导体在保证动触头的可移动性的同时同样能够简单地实现导电连接。

接触系统和灭弧装置可不同地布置，例如布置在空气隔绝的壳体中。在本发明的一种特别有利的设计方案中，接触系统和灭弧装置布置在真空密封壳体中，其中，动触头连接杆真空密封可移动地从真空壳体伸出。接触系统和灭弧装置在真空密封壳体中的布置特别有利于开关装置应用于中压领域，因为在这种真空开关管中，在接触系统中断时由短路电流决定地产生具有特别高传导性的金属蒸气等离子体形式的电弧。此外，应当被中断的短路电流在中压领域中的大小为，使得通过用于产生磁场的装置可产生大的磁场。在真空开关管中电弧的电弧电压同时相对低的情况下，电极装置之间可产生的电场足够引起或有助于熄灭电弧。

以下按照一个实施例并且参照附图进一步阐述本发明。在附图中：

图1是按本发明的具有闭合的接触系统的开关装置的实施例示意图；

图2是按本发明的开关装置的实施例俯视图；

图3是按本发明的具有断开的接触系统的开关装置的实施例示意图；

图1示出了具有第一电接头2和第二电接头3的开关装置1的示意图。用于连接例如供配电技术领域的开关设备。开关装置1设计用于在例如出现短路情况下中断开关设备的供配电，该短路可被图中未示出的控制设备检测到，并导致驱动运动导入开关装置1的图中同样未示出的驱动器，从而使开关装置1的接触系统4断开。接触系统4具有位置固定设置并通过电流回路6与第二电接头3导电连接的定触头5以及通过电导线8和第一滑动触头9与第一电接头2导电连接的动触头7，该动触头7还通过电绝缘构造的驱动杆10与图中未示出的开关装置1的驱动器机械联接。代替滑动触头9，例如导电带或类似形式的柔性导体也可以用于导电连接。支承11设置在驱动杆10上，用于保证驱动杆10的导向运动并承受可能出现的切向力。动触头7在图1实施例中在导入驱动运动并解锁正常运行时锁扣的驱动杆时向上移动，或当短路消除并且接触系统根据控制命令再次闭合时，动触头7向下移动，动触点7的运动方向由以12标示的运动方向箭头表示。设有用于产生磁场的装置13，该用于产生磁场的装置13由U型铁心14构造而成。图1中只可见U型铁心的底边15，该用于产生磁场的装置13设置在定触头5和电流回路6之间并且其臂从底边伸出围绕接触系统4向上延伸，在下面会参照附图2进一步阐述。在此，用于产生磁场的装置13设计为在短路电流出现时产生在与动触头的运动方向垂直的平面内形成的磁场。第一电极16通过第二滑动触头17与电导线8导电连接，并由此与动触头7以及第一电接头2导电连接，而且，第一电极16从动触头7一侧向定触头5方向延伸。代替第二滑动触头17，导电带或类似形式的柔性导体同样可用于导电连接。第二电极18与电流回路6导电连接，并由此与定触头5以及第二电接头3导电连接，而且，第二电极18从定触头5一侧向动触头7方向延伸，其中，第一电极16与第二电极18布置成，使得它们围绕接触系统4延伸，并可在第一电极16和第二电极18之间形成一个电场。该电场可与动触头7的运动方向12垂直，同时还与由用于产生磁场的装置13产生的磁场垂直。

图2示出了开关装置1的俯视图，其中，图2中可见动触头7和驱动杆10，以及用于产生磁场的装置13的底边15和第一臂19和第二臂20。第一电极16和第二电极18同样示出在图2中。在此，第一电极16和第二电极18同样围绕接触系统4延伸，使得产生的电场与动触头7的运动方向12垂直，并与装置13构成的磁场垂直。图2中，动触头7表示为圆形触头，但只要满足电极装置和用于产生磁场的装置的上述条件，具有灭弧装置的开关装置1的功能就与定触头5和动触头7的几何形状无关。

图3更详细地阐述了开关装置1的功能，其中，图3示出具有断开的接触系统4的开关装置1，其中，动触头7和定触头5之间形成了间隙21，因为在确定短路电流后，通过控制装置将驱动杆10脱开锁扣并且驱动器已经将驱动运动导入驱动杆10。在此，通过用于产生磁场的装置13有助于接触系统4的打开，该装置13在短路电流情况下首先如深槽式电动机般作用并在动触头和定触头之间产生排斥力，该排斥力有助于接触系统的打开。如图3所示，接触系统4在打开状态下，在间隙21中点燃电弧22，示意通过锯齿型箭头23和24表示，该电弧形成金属蒸气等离子体。图3的实施例中，第一电接头2设有负极，而第二电接头3设有正极，这可相应地是外部所施加的直流电压，或在外部所施加交流电流的半波以内的极性。当极性如此存在时，一股技术电流按i标识的电流箭头方向流动，其中，带正电的粒子按照参考电流方向在间隙21中从定触头5向动触头7运动，而相应的带负电的粒子从动触头7朝定触头5向下运动。通过在图3中从纸面向外延伸的并以B标识的、由装置13产生的磁场，向上运动的带正电粒子受到一个向右的力，该向右的力使该向上运动的带正电粒子向第一电极16运动，而带负电粒子通过磁场受到一个向左的力，该向左的力使该带负电粒子向第二电极18运动，从而在第一电极16和第二电极18之间产生了一个反向电场。该反向电场与外部提供的驱动电压指向相反并因此也与电弧燃烧电压指向相反，并在最短的时间内导致间隙21内的电弧的瓦解及熄灭。

图中未进一步展示但特别有利的设计是将开关装置1设置在真空密封壳体中，从而换而言之就是构造一个真空开关管。该真空开关管能在真空密封壳体中相应地容纳接触系统4、用于产生磁场的装置13以及由第一电极16和第二电极18组成的电极装置。在中压领域中提供的条件下，这样的装置特别有效地支持灭弧。为此，不仅驱动杆10而且连至动触头以及必要时连至第一电极16的电导线8如此构造，使得动触头7的运动和电连接都真空密封可移动地引入真空开关管的真空密封壳体中。

附图标记清单

1.开关装置

2.第一电接头

3.第二电接头

4.接触系统

5.定触头

6.电流回路

7.动触头

8.电导线

9.第一滑动触头

10.驱动杆

11.支承

12.运动方向

13.装置

14.U型铁心

15.底边

16.第一电极

17.第二滑动触头

18.第二电极

19.第一臂

20.第二臂

21.间隙

22.电弧

23,24电弧箭头

Claims (6)

1.一种开关装置(1)，所述开关装置(1)具有由能沿运动方向(12)运动的动触头(7)和定触头(5)组成的接触系统(4)以及灭弧装置，所述灭弧装置具有用于产生在垂直于运动方向的平面内形成的磁场的装置(13)和由与动触头(7)导电连接的第一电极(16)和与定触头导电连接的第二电极(18)组成的电极装置，其中，第一电极(16)和第二电极(18)布置成，使得能在第一电极(16)和第二电极(18)之间形成与运动方向(12)垂直并与磁场垂直的电场，所述接触系统(4)在短路电流情况下断开并且形成具有作为等离子体的导电粒子的电弧，所述磁场产生电场并且引起电弧的等离子体的带电荷的导电粒子向所述第一电极(16)和/或第二电极(18)运动并且在磁场中等离子体的运动形成导致产生反向电流的电场，该反向电流与外部施加的电压相反地形成并因此反作用于电弧燃烧电压并且引起或有助于灭弧。

2.根据权利要求1所述的开关装置(1)，其特征在于，所述用于产生在垂直于运动方向的平面内形成的磁场的装置(13)具有U型铁心(14)，所述U型铁心的底边(15)设置于所述定触头(5)和所述定触头(5)的形成电流回路(6)的连接导线之间，并且所示U型铁心的双臂(19,20)围绕且沿所述接触系统(4)延伸。

3.根据权利要求2所述的开关装置(1)，其特征在于，所述第一电极(16)从所述动触头(7)一侧向所述定触头(5)方向延伸，而第二电极(18)从所述定触头(5)一侧向所述动触头(7)方向延伸，使得在接触系统(4)断开时，所述第一电极(16)和所述第二电极(18)围绕且沿所述动触头(7)和所述定触头(5)之间形成的间隙(21)延伸。

4.根据权利要求1至3之一所述的开关装置(1)，其特征在于，所述动触头(7)与驱动器电绝缘地机械联接，并通过第一滑动触头(9)或柔性导体与所述开关装置(1)的第一电接头(2)导电连接。

5.根据权利要求4所述的开关装置(1)，其特征在于，所述第一电极(16)通过第二滑动触头(17)或第二柔性导体与所述开关装置(1)的第一电接头(2)导电连接。

6.根据权利要求1至3之一所述的开关装置(1)，其特征在于，所述接触系统(4)和所述灭弧装置设置在真空密封壳体中，其中，动触头连接杆真空密封可移动地从真空壳体中伸出。