CN1132213C

CN1132213C - 灭弧开关

Info

Publication number: CN1132213C
Application number: CN99106055A
Authority: CN
Inventors: L·赞德埃; R·安德雷斯; C·达勒; K·卡尔坦思格; T·舍尼曼
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2019-04-14
Also published as: EP0951038B1; JPH11329176A; DE59912612D1; CN1232281A; JP4255566B2; US6100492A; EP0951038A1; DE19816509B4; DE19816509A1; EP0951038B2

Abstract

一由径向朝向开关轴线(1)的触头(4)构成的环圈以其设置在端部的灭弧头(5)压在开关轴(2)的圆周面上。触头(4)和连接杆(6)之间约有90度夹角，所述连接杆沿接通方向上连到壳体(7)上，并且与其固定连接，触头(4)经壳体和电接点相连。连接杆(6)—不包括灭弧头(5)—和触头(4)由弹性高导电材料制成一体。通过与开关轴(2)的接触，所述灭弧头(5)在接通位置上由于连接杆(6)的弹生弯曲而偏转。对径向触头(4)的长度(R)和轴向连接杆(6)的长度(L)可加以选择，使得平行电流分量的吸引力基本可补偿接触脱离力。

Description

灭弧开关

本发明涉及一种灭弧开关，特别用于功率开关，如电厂、变电站和其他供电设施所使用的接通和切断工作电流和过电流的功率开关。

在欧洲专利说明书EP-B-0177714中公开了一种上述类型的灭弧开关，其中的第一开关体作为梅花触头构成，它具有若干个长条形的分布在圆周上的并联触头。使用表明，这种开关在大电流下容易损坏，因为触头的间隔很小，并联输送电流，所以由于电磁力很大而相互吸引。其结果是导致触头的弯曲和扭转。而且开关轴和触头之间的摩擦力也达到很高的数值，所以必须提供更大的驱动力，由此在开关轴和触头上产生更大的磨损。

本发明的任务是提供一种灭弧开关，它的开关体在大电流下不会产生机械过载，也不会出现过高的压力。

本发明的解决方案是，所述接触部件以环圈方式围绕开关轴线设置，并且从一个构成接触区的内圆出发向外扩展，使得接触部件与开关轴线之间的夹角至少为45度。通过该方案可保证通过接触元件的电流路径不会以较小的间隔互相平行引导，而是从接触区出发迅速相互分开，而且在所有情况下随即以较大的间隔平行引导，所以在接触元件上没有过大的力的作用。此时，吸引力不需要被完全消除，相反它可以通过引导相应的电流路径加以调节，使其对接触元件和开关轴之间的必要接触压力起到有利的作用，最好可补偿接触分离力。

一种灭弧开关，包括位于一个壳体内的第一开关体，它至少在闭合位置上与一个第一电接点相连，还包括一个第二开关体，它至少在闭合位置上与一个第二电接点相连，并且所述开关体包括一个开关轴，该轴通过开关驱动机构沿开关轴线相对于第一开关体在闭合位置与断开位置之间运动，在闭合位置上，第一开关体与开关轴接触，所以所述灭弧开关在第一电接点和第二电接点之间连接成一个电流路径，在断开位置上，所述开关轴与第一开关体之间有一定间距，此外还包括至少一个接触部件，它属于所述开关体之一，并且在闭合位置上通过一个围绕开关轴线的接触区与开关轴相接触，其特征是，所述接触部件以环圈方式围绕开关轴线设置，并且从一个构成接触区的内圆出发向外扩展，使得接触部件与开关轴线之间的夹角至少为45度。

在附图中显示出多个实施例，它们仅用于说明本发明。

图1表示本发明所述灭弧开关第一个实施例的轴向纵剖视图，左边是接通位置，右边是切断位置；

图2表示本发明所述灭弧开关第二个实施例的轴向纵剖视图，左边是接通位置，右边是切断位置；

图3表示本发明所述灭弧开关第三个实施例的轴向纵剖视图，左边是接通位置，右边是切断位置；

图4表示本发明所述灭弧开关第四个实施例的轴向纵剖视图，左边是接通位置，右边是切断位置；

图5表示本发明所述灭弧开关第五个实施例的轴向纵剖视图，左边是接通位置，右边是切断位置；

图6表示本发明所述灭弧开关第六个实施例的轴向纵剖视图，左边是接通位置，右边是切断位置；

图7表示本发明所述灭弧开关第七个实施例的轴向纵剖视图，左边是接通位置，右边是切断位置；

图8a表示本发明所述灭弧开关第八个实施例的轴向纵剖视图，左边是接通位置，右边是即将达到接通位置；

图8b表示图8a所示灭弧开关的局部轴向俯视图；

图8c表示沿图8b的C-C线的剖视图；

图9表示本发明所述灭弧开关第九个实施例的轴向纵剖视图，左边是接通位置，右边是切断位置。

图1表示的是本发明所述灭弧开关的第一个实施例，它是围绕一根开关轴线以近似旋转对称的方式构成的。沿开关轴线1布置有一根开关轴2，该轴的顶端3用抗电弧材料制成，例如WCu，石墨，CFC，石墨/Cu或CFC/Cu，该轴在左边显示的接通位置和右边显示的切断位置之间，在一个图中未画出的开关驱动机构作用下往复运动。一个第一开关体包括一个圆环，它是围绕开关轴线1设置的、沿径向指向开关轴线的接触元件，该元件作为长条形触头4构成，在其端部是用抗电弧材料制成的灭弧头5。

所述触头4共同组成一个大致呈圆环形的接触部件，该触点在灭弧头5上指向开关轴线1的接触面上有一个在接通位置上与开关轴2的外表面靠紧的接触区。除了灭弧头5之外，每个触头4都与一个与接通方向呈大约90度弯曲，即与触头4成直角的连接杆6制成一体，该杆用高导电率的弹性材料制成，并与壳体7固定在一起，连接杆6经壳体与一个第一电接点相连。所述开关轴2构成一个第二开关体，它例如通过一根柔性导线或梅花形导体与一个第二电接点相连。

在壳体7的一个孔内固定着一个用电绝缘材料制成的支撑块8，其圆柱形外表面构成支撑面9，该面在切断位置上与连接杆6靠在一起。相反，在接通位置上，由于触头4上的灭弧头5与开关轴2的接触，因而在连接杆6的弹性变形下径向向外偏转，使连接杆6从支撑面9上抬起。初始偏转可因为连接杆6的高弹性而选择得较大，所以可产生较大的灭弧裕量。支撑块8的中央是一个开孔，它构成了环绕开关轴线1的喷口10，在接通位置上，开关轴2的顶端3伸到该喷口内。

当在断路过程中电流从一个图中未画出的额定电流开关换向到灭弧开关时，电流通过触点4经接点沿径向流向接触区。只有在流过距开关轴线1的较大距离R时，电流才进入一个相互平行的方向的流动路径并经路径L流经平行的连接杆6。

径向向外布置的电流路径部件在触头4内只产生相对较小的电磁力，而且通过开关轴2的电流路径对触头4的作用也不大。所连接的平行电流路径通过连接杆6相互吸引，但是由于至开关轴线1的间隔相对较大，所以吸引力的径向分量不会很大，因此触头4对开关轴2不会产生损坏或过大压力，从而避免灭弧头5的过度磨损，也防止开关轴的运动受到阻碍。

连接杆6至开关轴线1的间隔R以及连接杆的长度L可以加以调整，使得触头4之间的相互吸引在通常的电流下，以所要求的方式加强触头4相对于开关轴2的弹性偏转所需的接触力，特别是在以上部件之间作用的接触脱离力得到大致补偿。这种补偿在所有电流波动的情况下均可维持，因为接触脱离力和吸引力以相同的方式相互关联。在开关轴2继续运动时，开关轴2从触头4的环绕中抽出，灭弧头5相对于开关轴线1运动，直到连接杆6靠在支撑面9上。触头4相对开关轴线1的继续作径向运动，通过连接杆6在相反的电流引力影响下被阻止。

一旦开关轴2从触头4的包围中抽出，在灭弧头5和开关轴2的顶端3之间便产生一个电弧11。它例如通过未画出的吹弧活塞所喷吹，所产生的气体通过喷口10排出，所以使电弧在后面的零电流通路中熄灭。

图2所示的灭弧开关是本发明的第二个实施例，其中的第一开关体完全和第一实施例的一样。然而第二开关体则额外包括一个位于开关轴2上的灭弧接触装置，它同样相当于第一开关体的结构，包括具有灭弧头5’的触头4’，所述灭弧头在接通位置上以其构成第二接触区的内表面压在开关轴2的圆周面上，其中触头4’同样连接着约有90度角的连接杆6’，并且经连接杆和壳体7’与第二电接点相连，所以触头4’起到了一个梅花触头的功能。连接杆6’在切断位置靠在一个支撑面9’上，该面属于一个支撑体8’的外表面，所述支撑体同时构成环绕开关轴线1的喷口10’。

在切断位置上，只要开关轴2从触头4’的圆环上抽出，在开关轴的顶端3和触头4’的灭弧头5’之间便产生电弧11，该电弧在该触头和第一开关体的触头4的灭弧头5之间燃烧。喷吹电弧11时，气体通过两个喷口10、10’排出，所以有利于迅速灭弧。

图3所示的灭弧开关是本发明的第三个实施例，除了与第二个实施例完全相同部分外，触头4、4’分别具有灭弧环12、12’。该环构成杯形的屏蔽罩13、13’的一部分，它们与连接杆6和6’之间有导电连接，而且将开关体的其他部分包围和完全屏蔽。在切断时电弧11迅速地从触头4的灭弧头5延伸到灭弧环12上，电弧从开关轴2的顶端基本上抵达灭弧环12’，这样可减小触头4、4’的烧损，从而提高其寿命。

图4所示的灭弧开关是本发明的第四个实施例，其基本结构和第一个实施例一样，但是其组成第一开关体的触头4的方向布置成与开关轴线1在接通位置上有一个约65度的夹角α。所述触头除了较长的灭弧头5之外，均用弹性高导电材料制成，它呈直线状并且直接延伸到壳体7上并与壳体固定在一起，所以该触头共同构成一个大致为漏斗形的接触体。

在该结构中由于电流路径是从接触区，即与开关轴2接触的灭弧头5的内表面出发迅速分散开来，所以减小了触头4之间的吸引力。可以通过调整触头径向分量延伸的长度R’以及开关轴2的半径R₀和其轴向延伸的分量长度L’，使得既不会损坏触头，也不会导致灭弧头5的过度磨损或者妨碍开关轴的运动，但同时又有利于施加足够的接触压力，特别是补偿接触脱离力。所述支撑体8在该结构中构成一个截锥形支撑面9，它位于触头4下面并隔开一间隔，并限定触头相对开关轴线1的移动。开关切断的过程和本发明所述第一个实施例中的灭弧开关相同。

在图5中所示的灭弧开关是本发明的第五个实施例，其结构基本上和本发明第一个实施例所述灭弧开关的结构一样。但是其中用作为接触元件构成的接触件4”代替触头，它最好是精确地沿径向移动而且位于一个径向朝着开关轴线1敞开的开孔14内，所述开孔位于一个环绕的固定环15上，该环固定在壳体7上并且经壳体与第一电接点实现电气连接，所述固定环上也有喷口10。该固定环15的其余部分是实心的，用导电材料制成。在其内侧以及在切断位置上与开关轴2相对并接触的一侧具有用抗电弧材料制成的护套16。

所述接触件4”至少以其前端的抗电弧顶端17插到护套16上的对应开孔内，同时接触件在其较宽的本体18的前部台阶上构成一个止挡。与固定环15的电接触是通过接触片19产生的。通过一个压在其后面的弹性件，例如一个螺旋弹簧21向接触件4”施加一个沿径向指向开关轴线1的方向的作用力，所述弹簧的另一端支撑在固定环15的外壁20上，该外壁将开孔14封闭。

该结构中的电流路径也是从接触区出发，即从接触开关轴2的接触件4”的顶端17的顶端出发向外引导，使其相互之间作用的电磁力不会对压紧力造成明显影响，所述压紧力是指将接触件4”压在开关轴2上的压力。所需要的接触压力是通过螺旋弹簧21产生的。在切断过程中，开关轴2的顶端3和接触件4”的顶端17之间拉出电弧11立刻被接触件引导到护套16上，护套切断侧的端部范围起到了一个处在接触件4”前面的灭弧环作用。

在图6中所示的灭弧开关是本发明的第六个实施例，其结构与上述的基本相同，但是开孔14是通孔结构，接触件4”的本体18的长度选择得稍稍伸出固定环15的外表面。作为弹性元件使用的是片簧22，它压在接触件4”的背面上。

在图7中所示的灭弧开关是本发明的第七个实施例，其结构与上述的基本相同，但是其接触件4”是等长直径的，而且分别位于一个导套23内，该导套设在开孔14内。与固定环15的电接触是通过一个用高导电材料制成的柔性导体带24构成的，其一端与接触件4”的背面有电连接，特别是焊接在一起，其另一端与固定环15导电连接。

在图8a-c中所示的灭弧开关是本发明的第八个实施例，按照其中之一所示，第一开关体是用抗电弧材料制成的刚性的第一开关环25构成，它固定在壳体上并经壳体与第一电接点实现电气连接。第二开关体包括一个开关轴2，它经一个在切断位置上被有限压缩的组合碟簧26所支撑，并且固定在固定环27上，可作轴向移动，它通过未画出的开关驱动机构可沿开关轴线1移动，还包括一个接触件，它作为圆环盘28用高导电弹性材料制成，例如用CuBe或CuCrZr制成。它具有一个贯通的外环29，该外环用螺钉与壳体7固定在一起，并且有6个由从中间孔至外环29延伸的径向缝隙30所分开的扇区，该扇区作为接触元件。每个圆环盘28的扇区都在其内圆上有一个用抗电弧材料制成的第二开关环33的扇区32。经壳体7外环29与第二电接点实现导电连接。

所述开关轴2具有一个环绕的轴肩34，该轴肩从轴的顶端向后大致错开第一开关环25和第二开关环33之间的距离。在接通位置上，开关轴2的顶端在以足够的压力被压缩的组合碟簧26的作用下压在第一开关环25的前面四周，而轴肩34则压在第二开关环33的接触区，所述扇区32由于圆环盘28的扇区31的弹性变形，在接通位置上沿轴向被压偏少许，所以通过扇区31的弹性恢复力也可产生足够的接触力。

由于通过扇区31的分电流基本出现在圆环盘28的径向上，所以不会产生主要作用于接触压力的电磁力。在第一开关体的范围内，由于第一开关环25具有刚性结构，所以也不存在电磁力产生的变形或其他损坏。

在切断过程中，在第一开关环25和开关轴2的顶端之间拉出一个电弧。一旦开关轴2的顶端通过第二开关环33，则电弧的起点便从前者跳到后者。此时由第一开关环25和第二开关环33连接的电弧将从侧面被吹灭，所产生的气体从两个开关环之间排出。

在图9中所示的灭弧开关是本发明的第九个实施例，其结构与上述的类似。但是其中的第一开关体是内圆上开有缝隙的第一圆环盘35，它由弹性高导电材料制成。开关轴2刚性地固定在一个未画出的支架上，并在开关驱动机构的作用下可沿开关轴线1移动，所述开关轴经一个滑杯36与第二电接点实现导电连接。第一圆环盘35的弹性恢复力构成了足够可靠的接触压力，所述圆环盘的内圆37用抗电弧材料制成，它在接通位置上可沿轴向朝接通方向偏转少许。第二开关体包括-个与第二电接点导电连接的刚性第二圆环盘38，它用抗电弧材料制成，其内径仅稍大于开关轴2的直径。该圆环盘作为灭弧环使用，在切断开关时，电弧起点可从开关轴2跳到该环上。

标号一览表1 开关轴线2 开关轴3 开关轴2的顶端4，4’ 触头4” 接触件5，5’ 灭弧头6，6’ 连接杆7，7’ 壳体8，8’ 支撑块9，9’ 支撑面10，10’喷口11 电弧12，12’灭弧环13，13’屏蔽罩14 开孔15 固定环16 固定环15的护套17 接触件4”的顶端18 接触件4”的本体19 接触片20 固定环15的外壁21 螺旋弹簧22 片簧23 导套24 导体带25 第一开关环26 组合碟簧27 支架28 圆环盘29 圆环盘28的外环30 圆环盘28上的缝隙31 圆环盘28上的扇区32 第二开关环33的扇区33 第二开关环34 开关轴2的轴肩35 第一圆环盘36 滑杯37 第一圆环盘35的内缘38 第二圆环盘

Claims

1、一种灭弧开关，包括位于一个壳体内的第一开关体，它至少在闭合位置上与一个第一电接点相连，还包括一个第二开关体，它至少在闭合位置上与一个第二电接点相连，并且所述开关体包括一个开关轴(2)，该轴通过开关驱动机构沿开关轴线(1)相对于第一开关体在闭合位置与断开位置之间运动，在闭合位置上，第一开关体与开关轴(2)接触，所以所述灭弧开关在第一电接点和第二电接点之间连接成一个电流路径，在断开位置上，所述开关轴(2)与第一开关体之间有一定间距，此外还包括至少一个接触部件，它属于所述开关体之一，并且在闭合位置上通过一个围绕开关轴线的接触区与开关轴(2)相接触，其特征是，所述接触部件以环圈方式围绕开关轴线(1)设置，并且从一个构成接触区的内圆出发向外扩展，使得接触部件与开关轴线(1)之间的夹角至少为45度。

2、如权利要求1所述的灭弧开关，其特征是，所述开关轴线(1)和接触部件之间的夹角至少为60度。

3、如权利要求1所述的灭弧开关，其特征是，所述接触部件至少径向地从开关轴线(1)向外延伸。

4、如权利要求1至3中任何一项所述的灭弧开关，其特征是，所述接触区在闭合位置上在接触轴(2)的作用下弹性偏转。

5、如权利要求1至3中任何一项所述的灭弧开关，其特征是，所述接触部件由多个至少相对开关轴线(1)直线布置的接触元件组成。

6、如权利要求5所述的灭弧开关，其特征是，每个接触元件均作为长条形触指(4、4’)构成。

7、如权利要求4所述的灭弧开关，其特征是，接触区在闭合位置上沿径向偏转，并且接触开关轴(2)的圆周面。

8、如权利要求6所述的灭弧开关，其特征是，每个触指(4、4’)均与一个连接杆(6、6’)呈折角相连，所述连接杆由柔性的、特别是弹性的导电材料制成，并构成触指(4、4’)和对应的电接点之间的导电连接的至少一部分。

9、如权利要求8所述的灭弧开关，其特征是，所述各连接杆(6、6’)至少平行于开关轴线(1)，并且在远离触指(4、4’)的一端被固定。

10、如权利要求6所述的灭弧开关，其特征是，每个触指(4)至少平直，至少在其部分长度上用柔性的、特别是弹性的材料制成，并且在其与开关轴线(1)背离的一端被固定。

11、如权利要求10所述的灭弧开关，其特征是，每个触指(4)相对开关轴线(1)倾斜布置。

12、如权利要求8所述的灭弧开关，其特征是，所述连接杆(6)和触头(4、4’)在打开位置上靠在其向外延伸的支撑面(9、9’)上。

13、如权利要求7所述的灭弧开关，其特征是，所述接触元件分别由一个支撑在一个在闭合位置上围绕开关轴(2)的支架上的可径向移动的接触件(4”)构成。

14、如权利要求13所述的灭弧开关，其特征是，所述支架作为围绕开关轴线(1)的固定环(15)构成，具有至少相对开关轴线(1)敞开的径向开孔(14)，用于容纳接触件(4”)。

15、如权利要求4所述的灭弧开关，其特征是，所述闭合位置内的接触区轴向偏转，并且在一个相对于闭合位置的限位面上与所述开关轴(2)接触。

16、如权利要求15所述的灭弧开关，其特征是，所述接触元件包括用弹性材料制成的圆环盘(28)上的由缝隙(30)分割成的扇区(31)，在其内圆上设置有接触区。

17、如权利要求16所述的灭弧开关，其特征是，所述缝隙(30)径向延伸。

18、如权利要求16所述的灭弧开关，其特征是，所述圆环盘(28)包括一个封闭的外环(29)。

19、如权利要求15所述的灭弧开关，其特征是，所述限位面由一个开关轴的环形轴肩(34)构成。

20、如权利要求15所述的灭弧开关，其特征是，所述限位面由开关轴(2)的顶端(3)构成。