CN109920691B - 用于电气开关装置的真空瓶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电气开关装置的真空瓶(10)。它包括绝缘材料的圆柱形主体(11)，其分别在每端由第一金属盖(14)和第二金属盖(20)封闭，以及可移动电极(12)，其穿过第一盖(14)，并且在两个电极彼此接触的闭合位置和两个电极分开的断开位置之间与固定电极配合，该瓶的特征在于第二盖(20)对应于真空瓶(10)的固定电极。

Description

用于电气开关装置的真空瓶

技术领域

本发明涉及一种真空瓶，用于确保在中压或高压下操作，也就是说在高于1000V的电压下操作的电气开关装置中的电路的切换。

本发明还涉及一种电气开关装置，包括用于其至少一个相的这种真空瓶。在本文件中，术语电气开关装置等同地包括若干种类型的电气装置，比如开关、断路器、接触器、熔断器开关、隔离开关、重合器等。

背景技术

例如在文献EP2182536(其通过引用结合在本文件中)中描述的类型的中压或高压电气开关装置包括的真空瓶不是放置在电气开关装置的相的主开关的主电路中，而是放置在该主电路的并联分支中。在主开闭合合时的正常运行中，没有电流通过包括真空瓶的分支。后者仅在通过断开主开关的机构断开主电路的操作期间被请求，这允许电流从主电路逐渐切换到分支，以便在电流完全在真空瓶中循环时断开主开关。只有当主开关断开时，真空瓶才转而通过断开机构从闭合位置变为断开位置。因此避免了在断开操作期间在主开关处出现切换电弧。

由于这种结构，电流仅在主相电路的断开阶段期间通过真空瓶而不是在主开闭合合时通过真空瓶。此外，在主电路的闭合操作期间不会请求该瓶，也不必使其承受潜在的短路电流。它仅必须能够承受中断主电路中的电流后的瞬态恢复电压(TRV)。

结果是，与其中真空瓶例如设置在电气开关装置的主电路中的传统结构相比，在这种结构中，真空瓶可以有利地简化并设计成小得多的尺寸。例如，对于24kV的电压，这种真空瓶的横向直径约为50mm的量级，电极之间的开口距离约为7至12mm的量级。然而，与较大尺寸的真空瓶相比，真空瓶尺寸的减小可能导致更大的介电约束。

此外，文献DE4011194A1、WO9311552A1、DE19933111A1和DE4401356A1描述了不同结构的真空瓶。

因此，本发明的目的是设计一种较小尺寸的真空瓶，该真空瓶能够承受由于其尺寸的减小造成的介电约束。本发明的目的还在于设计一种尽可能简单和经济的真空瓶。

发明内容

这些目的通过一种用于电气开关装置的真空瓶来实现，该真空瓶包括绝缘材料的圆柱形主体，其分别在每端由第一金属盖和第二金属盖封闭，真空瓶包括可移动电极，该可移动电极穿过第一盖，并且在两个电极彼此接触的闭合位置和两个电极分开的断开位置之间与固定电极配合。根据本发明，第二盖对应于真空瓶的固定电极，并且第二盖以突出部延伸，该突出部用于与属于电气开关装置的极的汇流排直接连接。

根据一个特征，第二盖包括中央固定接触区，该中央固定接触区具有朝向真空瓶内部的球形帽的形状。根据另一个特征，可移动电极包括面向固定接触区的圆形可移动接触区。固定接触区的弯曲半径大于可移动接触区的弯曲半径。

根据另一个特征，第二盖由不锈钢制成。根据另一个特征，真空瓶包括在圆柱形管和第二盖之间的金属紧固带。

根据另一个特征，第二盖还包括同心凹部，其朝向真空瓶的内部并且放置在中央接触区和用于将盖紧固到圆柱形管的外部区之间。

根据另一个特征，真空瓶包括围绕可移动接触区的圆形横截面的金属筛网，并且金属筛网包括紧固到第二盖的一端和一个自由的相对端。筛网的自由端具有朝向真空瓶的内部定向的弯曲部。

本发明还涉及一种电气开关装置，其包括用于其至少一个相的这种真空瓶，该真空瓶被设置为电气开关装置的至少一个相的主电路的分支。

附图说明

其他特征将在下面根据附图的详细描述中出现，附中：

-图1示出了根据本发明的处于闭合位置的真空瓶的实施例的沿着纵向平面中的截面的简化视图，

-图2示出了该真空瓶的透视剖视图。

具体实施方式

参考图1，真空瓶10包括主体11，主体11具有基本上圆柱形的绝缘材料管形状，优选为陶瓷，其两端分别由第一金属盖14和第二金属盖20封闭。管11和盖14、20限定内部开关室15，在该内部开关室15中可以产生真空。

真空瓶10包括导电电极12(也称为导电杆)，其穿过第一盖14并以第一接触区13终止在开关室15中。该电极12沿着真空瓶10的纵向轴线X可移动，并且通过图中未示出的机构以已知的方式驱动。密封波纹管16部分地围绕可移动电极12，以允许电极12的纵向移动，同时保持开关室15相对于外部的密封。

真空瓶通常还在开关室15中包括固定电极，该固定电极包括固定接触区，该固定接触区设置成使得可移动电极12可以在被称为闭合的位置和被称为断开的位置之间移动，在闭合位置，固定电极和可移动电极通过它们各自的接触区彼此接触，使得电流可以通过真空瓶10，在断开位置，两个电极是分开的。

根据本发明，第二盖20对应于真空瓶10的固定电极。第二盖20用作固定电极，因此当真空瓶处于闭合位置时，第二盖20与可移动电极12直接接触。因此，第二盖20有利地实现双重功能：确保密封真空瓶10的两个端部中的一个并确保与可移动电极12的电接触。由于本发明，制造真空瓶10所涉及的部件的数量因此减少了，因为这样不需要固定电极。因此，该解决方案更简单且更经济。

在断开阶段期间，瞬态恢复电压(TRV)的出现在包括脊的真空瓶的某些区域中引起高电场。在目前的情况下，由于真空瓶的尺寸小，这个问题变得复杂。这就是为什么可移动电极12的可移动接触区13不像通常的解决方案那样平坦，而是圆形的，以避免过度明显的角和脊。该解决方案使得可以避免峰值并且在可移动接触区13的较大部分上提供更好的电场分布。可移动接触区13例如呈现可以是部分球形或椭圆形的圆顶，如图所示。此外，可移动接触区13的横向直径，也就是说，沿垂直于纵向轴线X的平面的横截面的直径总体上大于移动电极12的其余部分的横向直径，这导致可移动接触区13在移动电极12的端部形成一种突形体(或球)。

同样，第二盖20包括接触区23，称为固定接触区，其可以是基本上圆形的并且围绕纵向轴线X占据第二盖20的中心部分。该固定接触区23面向可移动电极12的可移动接触区13就位，以便能够断开和闭合真空瓶10。根据一实施例，固定接触区23呈现朝向真空瓶10内部的圆帽形状，例如球形帽形状，其曲率半径，即沿着穿过纵向轴线X的平面的纵向截面的半径是显著的并且大于面向其的可移动接触区13的曲率半径，这允许更好的介电强度。作为示例，可以设想固定接触区23的帽的曲率半径约为50mm，可移动接触区13的端部的曲率半径约为15mm。

为了尽可能地减小电场，接触区13和23可以采用更复杂的圆形形状，例如通过关联可移动接触区13的附图中所示的几个曲率半径(Rogowski、Borda型轮廓)。

理论上使两个接触区13、23不平坦的事实导致接触的表面减少，从而当瓶10处于闭合位置时增加接触电阻。然而，这在当前情况下是可接受的，因为真空瓶设置在电气开关装置的分支电路中而不是在主电路中，因此它仅在断开操作期间使用，如前所述。因此，它必须仅在更短的时间内承受电流。

根据实施例，第二盖20由不锈钢制成，其是导电金属，经济并且还具有比铜更大的抗冲击性并且足以能够很好地吸收与可移动电极12接触时的冲击。可移动电极12也可以由不锈钢制成。此外，第二盖20可以具有特定的形状，例如朝向真空瓶10的内部的加强件22，并且例如是如图中所示的大致V形。该加强件22是同心的，设置在围绕纵向轴线X的中央固定接触区23和至圆柱形管11的盖20的外部连接区之间。因为环形紧固带25(见下一段)可非常容易地使得成功地将盖20相对于圆柱形管11居中，且可更好地抵抗瓶10内部的真空与瓶10外部的电气开关装置柜内压力之间的压差。

然而，难以将不锈钢盖20直接钎焊到圆柱形管11的陶瓷上，因为当冷却时，钎焊接头处的应力将太大并且可能导致管的陶瓷破裂。为了避免这个问题并改善第二盖20与圆柱形管11的连接，真空瓶10可以包括设置在圆筒11的一端与第二盖20之间的紧固带25。该紧固带25具有圆环形状并且优选地由铜制成，因为铜在炉子中的高温下通过后的延展性，这使得一方面可以通过钎焊将其附接到管11并且另一方面可以容易地将其钎焊抵靠第二盖20的外周边而不会引起应力。如上所述，由于凹部22，紧固带25还可以成功地使盖20居中，凹部22设置成恰好位于紧固带25内。

真空瓶10还包括保护金属筛网17，其一端紧固在第二盖20上。该保护筛网17具有圆形横截面并沿纵向轴线X延伸，以围绕可移动接触区13。它在一侧包括第一端，该第一端因此通过钎焊连接到带25和管11，并且在相对侧上是自由的端部。还可以设想其他未示出的辅助筛网，例如保护波纹管16的筛网。

此外，为了改善电场的分布，本发明还提供了筛网17的自由端由弯曲部19终止，这避免了在该自由端具有脊。该弯曲部19优选地朝向瓶的内部定向。

第二盖20在两个相对侧上通过突出部21延伸，突出部21旨在与属于安装有真空瓶10的电气开关装置的一个极的汇流排29直接接触，特别地如果真空瓶放置在电气开关装置的主电路的并联分支中则属于一个极的分支电路。在所描述的实施例中，例如由于螺钉27穿过汇流排29并插入穿过突出部21的两个孔24，突出部21垂直于盖20，并且金属杆29紧固到第二盖20的突出部21上。因此，真空瓶10可以非常容易地电连接作为电开关装置的至少一个相的主电路的分支。

Claims (7)

1.一种用于电气开关装置的真空瓶(10)，包括绝缘材料的圆柱形主体(11)，其分别在每端由第一金属盖(14)和第二金属盖(20)封闭，真空瓶(10)包括移动电极(12)，该移动电极穿过第一金属盖(14)，并且在两个电极彼此接触的闭合位置和两个电极分开的断开位置之间与固定电极配合，其特征在于，第二金属盖(20)对应于真空瓶(10)的固定电极，并且包括用于与属于电气开关装置的极的汇流排(29)直接连接的突出部(21)，

所述第二金属盖(20)包括中央固定接触区(23)，其具有朝向真空瓶(10)内部的球形帽的形状，

所述移动电极(12)包括面向所述固定接触区(23)就位的圆形移动接触区(13)，

所述中央固定接触区(23)的弯曲半径大于所述移动接触区(13)的弯曲半径。

2.根据权利要求1所述的真空瓶，其特征在于，所述第二金属盖(20)还包括同心凹部(22)，其朝向所述真空瓶(10)的内部并且放置在所述中央固定接触区(23)和用于将第二金属盖(20)紧固到圆柱形主体(11)的外部区之间。

3.根据权利要求2所述的真空瓶，其特征在于，所述真空瓶(10)包括位于所述圆柱形主体(11)和所述第二金属盖(20)之间的金属紧固带(25)。

4.根据权利要求3所述的真空瓶，其特征在于，所述金属紧固带(25)由铜制成，所述第二金属盖(20)由不锈钢制成。

5.根据权利要求1所述的真空瓶，其特征在于，所述真空瓶(10)包括围绕所述移动接触区(13)的圆形横截面的金属筛网(17)，并且所述金属筛网(17)包括紧固到所述第二金属盖(20)的一端和一个自由的相对端。

6.根据权利要求5所述的真空瓶，其特征在于，所述筛网(17)的自由端具有朝向所述真空瓶(10)的内部定向的弯曲部(19)。

7.一种电气开关装置，其特征在于，它包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的真空瓶(10)，该真空瓶被设置为电气开关装置的至少一个相的主电路的分支。

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