CN114930478A - 用于调节真空开关管的电极的触点的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过在沿轴线(24)相互间隔布置的触点(12、14)之间形成电弧(42)来调节真空开关管(20)的电极(16、18)的触点(12、14)的方法，其中，在调节时通过可变的横向磁场(40)使电弧(42)定向移动。按照规定，在调节时通过可调整的纵向磁场(60)使电弧(42)定向分散。本发明还涉及一种相应的用于调节真空开关管(20)的电极(16、18)的触点(12、14)的设备(10)，该设备尤其用于实施上述方法。

Description

用于调节真空开关管的电极的触点的方法和设备

本发明涉及一种用于通过在沿轴线相互间隔布置的触点之间形成电弧来调节或者说处理用于真空开关管的电极的触点的方法，其中，所述电弧在调节时通过可变的横向磁场定向移动。

此外，本发明还涉及一种用于通过在沿轴线相互间隔布置的触点之间形成电弧来调节用于真空开关管的电极的触点的设备，其中，所述设备具有带有至少一个线圈的线圈装置或带有至少一个永磁体的永磁体装置，以便形成可变的横向磁场，借助所述横向磁场能够在调节时使电弧定向移动。

对于电极装置在真空中的击穿强度或者说耐电压强度而言，除了真空的品质之外，主要是电极的触点的表面质量发挥关键作用。由于工程用表面通常具有缺陷或微刺，该表面必须在真空开关管组装之后被特别处理，由此能够实现所期望的击穿强度。通常为此将电压施加在真空开关管上，并有意地引发飞弧或者说电弧击穿。在电弧击穿时所形成的电弧将表面上的缺陷熔融或气化，从而逐步提高击穿强度。

用于调节电极表面的另一方法在于，长时间地利用电弧对待调节的表面进行处理(电流调节)，在此，通常使用小电压，这是因为此时无需形成电弧击穿，而是在触点闭合时开始通电，并且在触点断开之后才产生电弧。在此情况下，外部施加的电压仅需满足电弧的电压需求。

迄今，在所述电流调节中通过选择合适的参数(触点行程、电流强度、脉冲数量、脉冲持续时间、极性更换)来尝试着实现触点片的均匀且完全的过度熔炼。其目的在于，通过该方式不仅提高触点距离的介电强度，而且还减少由触点对形成的干扰性的X射线放射。如果不主动控制电弧移动，则电弧移动通常是随机的。因此，会在电流调节过程期间导致大的电荷通量，直至触点表面被充分面状地过度熔炼为止。在电弧在真空中燃烧过程中形成金属蒸气，该金属蒸气又沉积在真空开关的表面上。当金属蒸气沉积在陶瓷绝缘子上时，可能会导致真空开关管的介电劣化，介电劣化与调节的意向背道而驰，或者有时缩短真空开关管的使用寿命。

文献DE 19 714 655 C2描述了一种用于调节真空开关管的电极的触点的方法，其中，借助旋转式的横向场使电弧定向移动。

通过该横向磁场可以定向控制电弧在待调节的触点的表面上的位置/移动。通过该方式可以有助于电弧的重心沿确定的轨道经过被选定的表面区域。然而所述轨道在此仅以一定的精度控制，这使所述调节的质量受到局限。这一限制在大电流的电弧中表现地尤为明显。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于调节该类型触点的方法和设备，所述方法和设备克服上述缺点。

根据本发明，该技术问题通过独立权利要求的特征来解决。本发明的优选的设计方案是从属权利要求的技术方案。

在根据本发明的用于通过在沿轴线相互间隔布置的触点之间形成电弧来调节用于真空开关管的电极的触点的方法中，电弧在调节时通过可变的横向磁场定向移动，其中规定，电弧在调节时通过可调整的纵向磁场定向分散。

通过该可变的横向磁场定向控制电弧在待调节的触点的表面上的位置/移动。通过该方式可以使得电弧沿确定的轨道经过被选定的表面区域。电弧与触点的待调节表面的接触表面在此可以大于轨道的尺寸。

对于更分散、也就是说更宽的电弧来说，电弧与触点表面的接触面也更大。通过该方式确保，相应的触点的表面尽可能完整地被电弧覆盖/经过，其中，同时过度熔炼也相当均匀。

尤其可以将电弧设置为分散的，从而在调节过程中设置触点表面的近乎完整的覆盖和进而的过度熔炼。

纵向场和横向场的规格分别是基于(假想的)轴线而言，触点布置在所述轴线上。所述轴线对于许多真空开关管而言与其纵轴线重合。

根据本发明的一种优选的实施方式，电弧是具有在2kA≤I≤100kA范围内的电流强度I的大电流电弧。这种大电流电弧优选具有数kA至数十kA的电流强度I(kA：千安培)。通常，这种大电流电弧具有与待调节触点的较小接触面。所述接触面则可以借助纵向场增大。

根据本发明的另一种优选的实施方式，可变的横向磁场是旋转式的横向磁场。这种旋转式的横向磁场早已由前述专利文献DE 19714 655 C2已知。

根据本发明的另一种优选的实施方式，横向磁场和/或纵向磁场借助具有至少一个线圈的线圈装置生成。所述至少一个线圈可以是空气线圈和/或带有芯体的线圈。

在此尤其规定，旋转式的横向磁场是两相或三相的旋转磁场。为生成这种旋转场需要两个或三个线圈装置。对于两相的旋转磁场而言，例如布置两个线圈磁场，从而使得这两个线圈装置的中轴线相互成90°的角度延伸。在此，在这两个线圈装置中导通的电流相互间相移90°，由此形成两相的旋转磁场。

作为备选或补充还有利地规定，横向磁场和/或纵向磁场借助带有至少一个永磁体的永磁体装置生成。

此外还优选规定，在触点闭合时使用电流，并且在触点断开之后才发生电弧。这对于前述所谓的电流调节是普遍的。

根据本发明的另一种优选的实施方式，至少一个触点构造为触点片。触点片在真空开关管的电极中的应用是经过验证的。

在根据本发明的用于通过在沿轴线相互间隔布置的触点之间形成电弧来调节用于真空开关管的电极的触点的设备中，所述设备具有带有至少一个线圈的线圈装置或者带有至少一个永磁体的永磁体装置，用于产生可变的横向磁场，电弧借助所述横向磁场在调节时能够定向移动，其中规定，所述设备还具有带有至少一个线圈的线圈装置或者带有至少一个永磁体的永磁体装置，用于形成可变的纵向磁场，借助所述纵向磁场能够使得电弧在调节时定向分散。

通过该可变的横向磁场可以借助所述设备定向控制电弧在待调节的触点的表面上的位置/移动。通过该方式可以使得电弧沿确定的轨道经过被选定的表面区域。对于更分散的、也即更宽的电弧而言，可以设置轨道的相叠区域。通过该方式确保，相应的触点的表面尽可能完整地被电弧经过，其中，同时过度熔炼也相当均匀。

所述设备尤其是用于实施上述方法的设备。结合所述方法的实施方式所述的特征也应该相应地适用于所述设备。

最后，在根据本发明的设备中有利地规定，所述设备还包括用于产生电弧的直流电源。所生成的电弧优选是具有在2kA≤I≤100kA范围内的电流强度I的大电流电弧。恰恰对于这种大电流电弧而言重要的是，在相叠的边缘区域中应具备电弧的较低扩散率。直流电源设计用于相应的电流强度(2kA≤I≤100kA)。

本发明的上述性质、技术特征和优点以及如何实现的方式和方法结合对实施例的以下描述更为清楚明确地便于理解，结合附图对所述实施例更详细地阐述。在此在附图中：

以示意图方式示出根据本发明一种实施方式的用于调节用于真空开关管的电极的触点的设备。

附图以示意图示出一种用于调节用于真空开关管20的电极16、18的触点12、14的设备10(简称：调节设备)。在此处所示的示例中，能够借助调节设备10在完全组装完成的真空开关管20中进行调节触点12、14。在此仅以示意性示出的触点12、14尤其构造为触点片。作为备选还可以考虑的是，将单个的待调节的触点12组装在所述设备10的相应的真空室中。

在此所示的真空开关管20主要具有由绝缘材料制成的筒状壳体22，所述筒状壳体基于纵轴线22延伸并且在两个相应的端部上分别被金属盖26、28封闭。在其中一个金属盖26上位置固定地布置有电极16。该电极16是具有位置固定的触点12的位置固定的电极。

在下部的盖28上固定有波纹管30的一个端部，该波纹管的另一个端部则与设计为活动电极的电极18相连，所述活动电极承载可活动的触点14。在壳体22内部具有大体上筒状屏蔽部32。

电源34在两个电极16、18上电连接，利用所述电源生成两个极性的直流电(直流电源)。

所述设备10还包括设计为线圈对的线圈装置。该线圈对的线圈36、38位于壳体22两侧，所述线圈相互平行地延伸或者说其轴线相互对齐，由此能够生成横向场40，所述横向场根据箭头方向从左侧的线圈36延伸至右侧的线圈38。

当在断开的触点12、14之间以合适的电流强度I生成分散的电弧42时，则通过分散的电弧42将相应的一个触点12或数个触点12、14的表面上的任意类型的污垢颗粒熔融、气化并向外移动至具有吸除效果的屏蔽部32上，从而使其沉积在屏蔽部上。此外，两个触点12、14的触点表面的一些部分也熔融且气化，通过金属蒸气为例如电极16、18的纯铜部件涂覆接触材料。在一种特别优选的设计方式中，接触材料是作为烧结结构存在的Cu/Cr。

为进行调节，真空开关管20的电极16、18被直流电首先以一个极性并且随后以另一个极性加载，从而使得电弧42中的电流沿一个方向并沿另一个方向——先后依次延伸。

鉴于横向场40，分散的电弧42的各个电弧区段移动经过相应的触点15的表面，由此实现将在整个表面上的污垢颗粒系统性地去除。

线圈36、38可以配属于真空开关管20，从而使得两个线圈36、38的中轴线相互间以90°延伸。在此，在这两个线圈中导通的电流相互间相移90°，由此形成“两相”的旋转磁场。线圈36、38的这种布局由上述文献DE 19714 655 C2已知。通过相应的方式还可以生成三相的旋转场。在此情况下，线圈36、38较之附图的图示不同地(位置)固定地布置。

在附图的示例中，线圈对的线圈36、38在围绕轴线24可旋转支承的基体44上通过相应的臂46、48围绕真空开关管20可转动地布置。所述基体44在此固定安装在旋转座50上，所述旋转座自身通过旋转支承装置52可旋转地支承，并且通过驱动电机54驱动。

借助该类型的具有部件基体44、臂46、48、旋转座50、旋转支承装置52和驱动电机54的机械旋转装置，相应旋转式的横向场40不仅能够借助具有线圈36、38的线圈装置还能够借助(在此未示出的)具有至少一个永磁体的永磁体装置形成。相应的结构同样由上述文献DE 19714 655 C2已知。

在上述专利文献DE 19714 655 C2中还提到，利用由直流电源34产生的直流电的约为0.1kA至2kA的电流强度、电弧24应燃烧时的0.5秒至200秒之间的作用时长和两个触点12、14之间1mm至3mm之间的间距能够实现良好的调节结果。

如果想要使用明显大于2kA、例如2.5kA≤I≤100kA的大电流电弧42，则必须提高该大电流电弧42的扩散率以进行调节。

为此，所述设备10还具有另外的线圈装置，所述线圈装置在此例如同样构造为线圈对。所述线圈装置/线圈对具有两个线圈56、58，用于形成可变的纵向磁场60，借助所述纵向磁场能够使得电弧42在调节时定向分散、也即拓宽。所述另外的线圈装置的线圈56、58的轴线相互对齐，并且与真空开关管20的轴线20对齐。

为进行调节，大电流电弧42的扩散率通过生成的纵向场60的强度设置。

除了所示和已经提到的部件，设备10还具有(未示出的)用于线圈36、38；56、58的电源和(同样未示出的)用于协调实施调节的控制装置。这种控制装置也被称为控制设备。所述控制装置控制各种电源，其中也包括直流电源34。

以下再次用其他的语言阐述本发明的重要方面：

为了在相对较短时间内实现均匀的调节，根据本发明定向通过外部的磁场40控制电弧移动。在此，相对于电弧的期望运行方向沿径向指向的旋转磁场(两相或三相)是特别合适的。该方法是特别有利的，这是因为在调节过程中流通的电荷(电流强度I x时间)明显降低，并且由此还明显降低了陶瓷绝缘子的气化。

此外，设置大电流电弧42的扩散率的提高(数kA至数十kA)，以通过额外的轴向磁场60调节触点12、14。电弧42的更高的扩散率所实现的结果是，在调节过程中设置触点表面的近乎完整的覆盖和进而的过度熔炼。

所述调节尤其是所谓的电流调节。

附图标记清单

10 调节设备

12 触点

14 触点

16 电极(固定)

18 电极(可活动)

20 真空开关管

22 壳体

24 轴线

26 盖

28 盖

30 波纹管

32 屏蔽部

34 直流电源

36 径向线圈

38 径向线圈

40 横向(磁)场

42 电弧

44 基体

46 臂

48 臂

50 旋转座

52 旋转支承装置

54 驱动电机

56 轴向线圈

58 轴向线圈

60 纵向(磁)场

Claims (10)

1.一种用于通过在沿轴线(24)相互间隔布置的触点(12、14)之间形成电弧(42)来调节用于真空开关管(20)的电极(16、18)的触点(12、14)的方法，其中，电弧(42)在调节时通过可变的横向磁场(40)定向移动，其特征在于，在调节时通过可调整的纵向磁场(60)使电弧(42)定向分散。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电弧是具有在2kA≤I≤100kA范围内的电流强度I的电弧。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述可变的横向磁场(40)是旋转式的横向磁场(40)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述旋转式的横向磁场(40)是两相或三相的旋转磁场。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述横向磁场(40)和/或纵向磁场(60)借助具有至少一个线圈(36、38、56、58)的线圈装置生成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述横向磁场(40)和/或纵向磁场(60)借助具有至少一个永磁体的永磁体装置生成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在触点(12、14)闭合时加入电流，并且在触点断开之后才产生电弧。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个触点(12、14)构造为触点片。

9.一种用于通过在沿轴线(24)相互间隔布置的触点(12、14)之间产生电弧(42)来调节用于真空开关管(20)的电极(16、18)的触点(12、14)的设备(10)，尤其用于实施权利要求1至7中任一项所述的方法的设备，其中，所述设备(10)具有带有至少一个线圈(36、38)的线圈装置或者带有至少一个永磁体的永磁体装置，用于产生可变的横向磁场(40)，电弧(42)借助所述横向磁场在调节时能够定向移动，其特征在于，所述设备(10)还具有带有至少一个线圈(58、58)的线圈装置或者带有至少一个永磁体的永磁体装置，用于产生可变的纵向磁场(60)，借助所述纵向磁场能够使得电弧(42)在调节时定向分散。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于设置有用于产生电弧(42)的直流电源(34)。

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