CN113228217B

CN113228217B - 中压开关极

Info

Publication number: CN113228217B
Application number: CN201980084799.8A
Authority: CN
Inventors: 迪特马尔·金特施; 克里斯蒂安·罗伊贝尔
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2024-09-06
Anticipated expiration: 2039-12-11
Also published as: US20210313127A1; EP3671794A1; US11594386B2; CN113228217A; WO2020126740A1; EP3671794B1

Abstract

本发明涉及一种中压开关极(1)，包括：真空断路器(20)的固定触头(21)；真空断路器的可移动触头(22)；活塞(30)；至少一个电触头(41、42、43)；第一端子(10)；以及第二端子(45)。固定触头被固定连接到第一端子。可移动触头被固定连接到活塞。活塞被配置为沿着轴线在第二端子内移动。至少一个电触头被配置为在活塞与第二端子之间进行电连接。活塞的外表面和第二端子的内表面被配置为使得：当处于断开配置时，固定触头和可移动触头彼此分开，其中垂直于轴线的至少一个第一径向线延伸穿过至少一个电触头的位置，并且其中沿着至少一个第一径向线的第一距离从活塞的外表面延伸到第二端子的内表面；以及当处于闭合配置时，固定触头和可移动触头彼此接触，其中垂直于轴线的至少一个第二径向线延伸穿过至少一个电触头的位置，并且其中沿着至少一个第二径向线的第二距离从活塞的外表面延伸到第二端子的内表面，并且其中第一距离大于第二距离。

Description

中压开关极

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年12月20日提交的欧洲专利申请号EP18214601.9的申请日的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种中压开关极。

背景技术

具有螺旋接触或多接触的中压(MV)开关极用于将电流从开关极的固定侧传输到开关的可移动部件。在这些开关极系统中，圆柱形活塞在固定在外空心圆柱体中的接触元件布置中运行，或者接触元件被固定到可移动活塞上并且与活塞一起在空心圆柱体内部运行。

接触在其操作期间产生一定量的摩擦。这种摩擦可以是静摩擦和动摩擦。为了安全传输电流(标称额定电流和短路电流两者)，需要将螺旋接触或多接触系统的接触点以一定的接触力压在对应的表面上。这种接触力对操作该极时必须克服的摩擦力有很强的影响。结果是，对极的驱动的要求可能使驱动更复杂、更大和/或更昂贵。

需要提供一种改进的中压开关极。

发明内容

因此，具有改进的中压开关极将是有利的。

本发明的目的通过独立权利要求的主题解决，其中另外的实施例被并入在从属权利要求中。

在一方面，提供了一种中压开关极。开关极包括：真空断路器的固定触头、真空断路器的可移动触头、活塞、至少一个电触头、第一端子和第二端子。固定触头被固定连接到第一端子。可移动触头被固定连接到活塞。活塞被配置为沿着轴线在第二端子内移动。至少一个电触头被配置为在活塞与第二端子之间进行电连接。活塞的外表面和第二端子的内表面被配置为使得：

当处于断开配置时，固定触头和可移动触头彼此分开，其中垂直于轴线的至少一个第一径向线延伸穿过至少一个电触头的位置，并且其中沿着至少一个第一径向线的第一距离从活塞的外表面延伸到第二端子的内表面；以及

当处于闭合配置时，固定触头和可移动触头彼此接触，其中垂直于轴线的至少一个第二径向线延伸穿过至少一个电触头的位置，并且其中沿着至少一个第二径向线的第二距离从活塞的外表面延伸到第二端子的内表面，并且其中第一距离大于第二距离。

换言之，中压(MV)开关极被提供有一个或多个电触头，诸如螺旋接触或多接触，用于将电流从开关极的固定侧传输到开关极的可移动部件。活塞在固定在外空心端子中的接触元件的布置中运行，或者接触元件被固定到可移动活塞上并且在空心端子内部运行。然而，在电触头的位置处，当开关处于闭合状态时，活塞与空心端子之间的距离小于其处于断开状态时的距离。因此，当开关极的标称额定电流从第一端子流向第二端子时，在处于闭合状态并且电流流动时，电触头上的接触压力足够高，以确保低接触电阻以限制损耗和温度上升。然而，当处于没有电流可以流动的断开状态时，电触头上的接触压力减小，因为推动电触头的壁之间存在更大的距离。因此，闭合操作开始时的静摩擦减小，导致更均匀的闭合时间和更均匀的闭合速度，特别是当该极的驱动在断开位置不能轻易生成高闭合力时(例如磁致动器是这种情况)。

在示例中，当处于断开配置时，活塞的外表面沿着至少一个第一径向线具有第一直径，并且当处于闭合配置时，活塞的外表面沿着至少一个第二径向线具有第二直径。第二直径大于第一直径。

在示例中，在一个或多个第一纵向位置处，活塞的外表面具有直径为第一直径的圆形截面。在一个或多个第二纵向位置处，活塞的外表面具有直径为第二直径的圆形截面。

在示例中，在远离第二可移动触头延伸的方向上，活塞的外表面具有多个圆形截面，多个圆形截面从具有第一直径的外表面过渡到具有第二直径的外表面。

在示例中，多个截面形成锥形区域。

在示例中，多个截面形成正弦形状的区域。

在示例中，在远离第二可移动触头延伸的方向上，过渡区域将具有第二直径的外表面接合到具有第一直径的外表面。当从闭合配置转换到断开配置时，活塞被配置为使得过渡区域不接触至少一个电触头。

在示例中，至少一个第一径向线与至少一个第二径向线在相同的轴向位置处。

在示例中，至少一个电触头被固定到第二端子的内表面。

在示例中，当处于断开配置时，第二端子的内表面沿着至少一个第一径向线具有第一直径，并且当处于闭合配置时，第二端子的内表面沿着至少一个第二径向线具有第二直径。第二直径小于第一直径。

在示例中，在一个或多个第一纵向位置处，第二端子的内表面具有直径为第一直径的圆形截面。在一个或多个第二纵向位置处，第二端子的内表面具有直径为第二直径的圆形截面。

在示例中，在远离第二可移动触头延伸的方向上，第二端子的内表面具有多个圆形截面，多个圆形截面从具有第一直径的内表面过渡到具有第二直径的内表面。

在示例中，多个截面形成锥形区域。

在示例中，多个截面形成正弦形状的区域。

在示例中，在远离第二可移动触头延伸的方向上，过渡区域将具有第二直径的内表面接合到具有第一直径的内表面。当从闭合配置转换到断开配置时，第二端子被配置为使得过渡区域不接触至少一个电触头。

在示例中，至少一个第一径向线与至少一个第二径向线在不同的轴向位置处。

在示例中，至少一个电触头被固定到活塞的外表面。

在示例中，至少一个电触头可弹性形变。

参考下文描述的实施例，上述方面和示例将变得明显并被阐明。

附图说明

下面将参考以下附图描述示例性实施例：

图1示出了处于断开配置的中压开关极的示例的截面图；

图2是图1的中压开关极在闭合配置下的截面图；以及

图3示出了处于断开配置的中压开关极的示例的截面图。

具体实施方式

图1至图3示出了中压开关极的示例。附图示出了被定位在第二或下端子45中的电触头，活塞30通过该第二或下端子45移动。然而，这些电触头可以被定位在活塞30中并且随着活塞在第二或下端子45内移动而随着活塞移动。此外，可以存在任意数目的电触头，其中三个仅作为特定示例被示出。

这些图示出了中压开关极1。中压开关极包括真空断路器20的固定触头21。中压开关极1还包括真空断路器20的可移动触头22。中压开关极1还包括：活塞30；至少一个电触头41、42、43；第一或上端子10；以及第二或下端子45。固定触头21被固定连接到第一端子10。可移动触头22被固定连接到活塞30。活塞30被配置为沿着轴线在第二端子45内移动。至少一个电触头41、42、43被配置为在活塞30与第二端子45之间建立电连接。活塞的外表面和第二端子的内表面被配置为使得：

根据示例，当处于断开配置时，活塞的外表面沿着至少一个第一径向线具有第一直径。换言之，当处于如图1中所示的断开配置时，垂直于中心轴线的轴线穿过例如活塞30两侧上的电触头41。活塞在该位置处的直径是第一直径。当处于闭合配置时，活塞的外表面沿着至少一个第二径向线具有第二直径。换言之，当处于如图2中所示的闭合配置时，垂直于中心轴线的轴线穿过例如活塞30两侧上的电触头41。活塞在该位置处的直径是第二直径，并且第二直径大于第一直径。因此，当开关极处于闭合状态时，电触头具有比开关极处于断开状态时更大的压缩力。

根据示例，在一个或多个第一纵向位置处，活塞的外表面31具有直径为第一直径的圆形截面。在一个或多个第二纵向位置处，活塞的外表面33具有直径为第二直径的圆形截面。

在示例中，对于一个或多个纵向位置中的每个纵向位置，第二直径是相同的直径。

在示例中，对于一个或多个纵向位置中的每个纵向位置，第二直径是不同的直径。

在示例中，在第一纵向位置处的第二直径小于在第二纵向位置处的第二直径，第二纵向位置比第一纵向位置更远离可移动触头22。

根据示例，在远离第二可移动触头延伸的方向上，活塞的外表面32具有多个圆形截面，该多个圆形截面从具有第一直径的外表面31过渡到具有第二直径的外表面33。

根据示例，多个截面形成锥形区域。

根据示例，多个截面形成正弦形状的区域。

根据示例，在远离第二可移动触头延伸的方向上，过渡区域34将具有第二直径的外表面33接合到具有第一直径的外表面31。当切换断开操作或从闭合配置转换到断开配置时，活塞被配置为使得过渡区域34不接触至少一个电触头。

根据示例，至少一个第一径向线与至少一个第二径向线在相同的轴向位置处。

根据示例，至少一个电触头被固定到第二端子的内表面。

在示例中，在第二端子的纵向位置处存在一个电触头。

在示例中，在第二端子的两个纵向位置处存在两个电触头。

在示例中，在第二端子的三个纵向位置处存在三个电触头。

然而，如上所述，图1和图2中所示的特定实施例仅是示例性的，并且电触头可以与所示的不同地定位，并且相关表面可以被不同地成形。

因此，在示例中，当处于断开配置时，第二端子的内表面沿着至少一个第一径向线具有第一直径。换言之，当处于如图1中所示的断开配置时，电触头41可以被定位在活塞30内而不是在第二端子45内。然后，垂直于中心轴线的轴线穿过活塞30的两侧上的电触头41。第二端子45在该位置处的内径为第一直径。当处于闭合配置时，第二端子的内表面沿着至少一个第二径向线具有第二直径。换言之，当处于如图2中所示的闭合配置时，电触头41再次可以被定位在活塞30内，而不是在第二端子45内。然后，垂直于中心轴线的轴线穿过活塞30的两侧上的电触头41。第二端子45在该位置处的内径为第二直径，并且第二直径小于第一直径。因此，当开关极处于闭合状态时，电触头具有比开关极处于断开状态时更大的压缩力。

根据示例，在一个或多个第一纵向位置处，第二端子的内表面具有直径为第一直径的圆形截面。在一个或多个第二纵向位置处，第二端子的内表面具有直径为第二直径的圆形截面。

根据示例，在远离第二可移动触头的方向上，第二端子的内表面具有多个圆形截面，多个圆形截面从具有第一直径的内表面过渡到具有第二直径的内表面。

根据示例，多个截面形成锥形区域。

根据示例，多个截面形成正弦形状的区域。

根据示例，在远离第二可移动触头延伸的方向上，过渡区域将具有第二直径的内表面接合到具有第一直径的内表面。当开关极操作或从闭合配置转换到断开配置时，第二端子被配置为使得过渡区域不接触至少一个电触头。

根据示例，至少一个第一径向线与至少一个第二径向线在不同的轴向位置处。

根据示例，至少一个电触头被固定到活塞的外表面上。

在示例中，在活塞的纵向位置处存在一个电触头。

在示例中，在活塞的两个纵向位置处存在两个电触头。

在示例中，在活塞的三个纵向位置处存在三个电触头。

根据示例，至少一个电触头可弹性形变。

在示例中，至少一个电触头是螺旋接触。

在示例中，至少一个电触头是多接触。

因此，如上所述，提供了表面上的专用轮廓，该专用轮廓在接触元件之上延伸并且导致相对于闭合位置，接触力在开关的断开位置处减小。

继续附图，现在关于特定实施例更详细地描述中压开关极，其中电触头被定位在第二或下端子内。

图1示出了MV开关极1的截面图。它主要由上端子10、真空断路器(VI)20、活塞30、具有螺旋接触41至43的空心圆柱体40和下端子45(具有到驱动的连接50)组成。这里未示出用于机械支撑和用于改进电绝缘(例如由环氧树脂制成)的结构。当驱动将该极锁定在断开位置时，中压(MV)可以在上端子与下端子之间被绝缘，如图1中所示。当驱动将极置于闭合位置时(如图2中所示)，MV电流可以在上端子与下端子之间流动。

在现有系统中，活塞具有圆柱形表面。该圆柱体的直径被选择，以使螺旋接触上的接触压力为标称压力，即压力足够高以确保低接触电阻，以限制当开关极的标称额定电流流过开关极1时的损耗和温度上升。

然而，在这里描述的新设计中，活塞仅在当极1处于闭合位置时实际接触螺旋接触的那些区域中具有该直径，如图2中以区域33所示。

如果极1处于断开位置，如图1中所示，则没有电流流动，因此不需要将全部标称接触力暴露于螺旋接触。因此，当极1处于断开位置时，活塞30的直径在实际接触螺旋接触的那些区域中减小，如图1中以区域31所示。为了平稳的闭合操作，这两个区域31和33与过渡区域32连接，避免在闭合操作期间可能划伤或损坏螺旋接触的锋利边缘。被设计成接触某个螺旋接触的活塞的轮廓包括区域31、32和33。在附图中所示的示例中，存在具有恒定直径的两个区域31和33，它们与锥形区域32连接。区域之间的边缘以恒定半径被圆化。其他可能的轮廓例如是正弦轮廓，或者该轮廓可以包括可变半径等。活塞30上的几个轮廓与过渡区域34链接。MV开关极1通过正确缩放被设计，以确保区域34在断开位置不接触下一个较低的螺旋接触42。因此，在图1的详细视图中，在34与42之间示出了一点垂直距离，来例示这一点。此外，通过正确缩放，螺旋接触在闭合操作期间不能沿着整个区域33延伸，并且在闭合位置不能靠在区域34上。因此，在图2的详细视图中，在34与33和41的接触区域之间示出了一些垂直距离，来例示这一点。该距离是VI的固定触头和可移动触头在其使用寿命期间的机械压缩和电气磨损的裕度。

由于具有减小的直径的该区域31，闭合操作开始时的静摩擦减小。这导致更均匀的闭合时间，并且还导致更均匀的闭合速度，特别是当极的驱动在断开位置不易产生高闭合力时(例如在磁致动器的情况下)。

三个螺旋接触被示出，但是可以使用不同数目的螺旋接触，例如1个、2个或4个，这取决于MV开关极1的应用的其他约束。然后，所讨论的轮廓可以被应用于所有或到少于所有的螺旋接触。对于螺旋接触中的每个螺旋接触，直径31也可以具有不同的实际值，以便更灵活地调整断开位置的摩擦，如针对断开位置的图3中所示。对于一些但不是所有的螺旋接触，可预见的直径31可以小到在断开位置的接触力实际上为零，如图3中的螺旋接触41就是这种情况。图3中的螺旋接触42具有针对直径31的中间值，而螺旋接触43根本没有特殊轮廓，即该螺旋接触的直径31与直径33相同，直径33是活塞的常规标称直径。应当避免接触力对于处于断开位置的所有螺旋接触为零，即，此时在下端子45与可移动触头22之间将没有电流接触。由于电容耦合，可移动触头的电位然后可以达到不受控制的值。

在其他实施例中，可以使用多接触，或螺旋接触和多接触的组合。

在其他实施例中，如上所述，接触元件可以被固定到可移动部件而不是固定部件。然后，所讨论的轮廓可以被应用于空心圆柱体，以在闭合操作开始时接收相同的低力，同时在闭合位置保持标称力。

附图标记

1 MV开关极

10 上端子或第一端子

20 真空断路器

21 20的固定触头

22 20的可移动触头

23 20的上盖

24 20的绝缘器

25 20的下盖

26 20的波纹管

30 活塞

31 30的直径减小的区域

32 从31至33的过渡区域

33 30的标称直径的区域

34 从一个螺旋接触的轮廓到下一个螺旋接触的轮廓的过渡

40 空心圆柱体，具有用于螺旋接触的槽并且具有下端子

41 第一螺旋接触

42 第二螺旋接触

43 第三螺旋接触

45 下端子或第二端子

50 与极的驱动的机械连接

Claims

1.一种中压开关极(1)，包括：

-真空断路器(20)的固定触头(21)；

-所述真空断路器的可移动触头(22)；

-活塞(30)；

-至少一个电触头(41，42，43)；

-第一端子(10)；以及

-第二端子(45)；

其中，所述固定触头被固定连接到所述第一端子；

其中，所述可移动触头被固定连接到所述活塞；

其中，所述活塞被配置为沿着轴线在所述第二端子内移动；

其中，所述至少一个电触头被配置为在所述活塞与所述第二端子之间进行电连接；

其中，所述至少一个电触头被固定到所述第二端子的内表面；

其中，所述活塞的外表面和所述第二端子的所述内表面被配置为使得：

当处于断开配置时，所述固定触头和可移动触头彼此分开，其中垂直于所述轴线的至少一个第一径向线延伸穿过所述至少一个电触头的位置，并且其中沿着所述至少一个第一径向线的第一距离从所述活塞的所述外表面延伸到所述第二端子的所述内表面，并且其中所述活塞的所述外表面沿着所述至少一个第一径向线具有第一直径；以及

当处于闭合配置时，所述固定触头和所述可移动触头彼此接触，其中垂直于所述轴线的至少一个第二径向线延伸穿过所述至少一个电触头的位置，并且其中沿着所述至少一个第二径向线的第二距离从所述活塞的所述外表面延伸到所述第二端子的所述内表面，并且其中所述活塞的所述外表面沿着所述至少一个第二径向线具有第二直径，并且其中所述第一距离大于所述第二距离，并且所述第二直径大于所述第一直径；并且

其中，所述至少一个第一径向线与所述至少一个第二径向线在相同的轴向位置处。

2.根据权利要求1所述的中压开关极，其中在一个或多个第一纵向位置处，所述活塞的所述外表面(31)具有直径为所述第一直径的圆形截面，并且其中在一个或多个第二纵向位置处，所述活塞的所述外表面(33)具有直径为所述第二直径的圆形截面。

3.根据权利要求2所述的中压开关极，其中在远离所述第二可移动触头延伸的方向上，所述活塞的所述外表面(32)具有多个圆形截面，所述多个圆形截面从具有所述第一直径的所述外表面(31)过渡到具有所述第二直径的所述外表面(33)。

4.根据权利要求3所述的中压开关极，其中所述多个截面形成锥形区域。

5.根据权利要求3所述的中压开关极，其中所述多个截面形成正弦形状的区域。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的中压开关极，其中在远离所述第二可移动触头延伸的方向上，过渡区域(34)将具有所述第二直径的所述外表面(33)接合到具有所述第一直径的所述外表面(31)，并且其中当从所述闭合配置转换到所述断开配置时，所述活塞被配置为使得所述过渡区域(34)不接触所述至少一个电触头。

7.根据权利要求1所述的中压开关极，其中在一个或多个第一纵向位置处，所述第二端子的所述内表面具有直径为所述第一直径的圆形截面，并且其中在一个或多个第二纵向位置处，所述第二端子的所述内表面具有直径为所述第二直径的圆形截面。

8.根据权利要求7所述的中压开关极，其中在远离所述第二可移动触头延伸的方向上，所述第二端子的所述内表面具有多个圆形截面，所述多个圆形截面从具有所述第一直径的所述内表面过渡到具有所述第二直径的所述内表面。

9.根据权利要求8所述的中压开关极，其中所述多个截面形成锥形区域。

10.根据权利要求8所述的中压开关极，其中所述多个截面形成正弦形状的区域。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的中压开关极，其中在远离所述第二可移动触头延伸的方向上，过渡区域将具有所述第二直径的所述内表面接合到具有所述第一直径的所述内表面，并且其中当在从所述闭合配置转换到所述断开配置时，所述第二端子被配置为使得所述过渡区域不接触所述至少一个电触头。

12.根据权利要求1至5和7至10中任一项所述的中压开关极，其中所述至少一个电触头可弹性形变。