CN1182950A - 电力断路器 - Google Patents

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Abstract

电力断路器有一个触头装置,该触头装置配有抗腐蚀的触头构件,以及有一个静触头构件(3),一个能沿着中心轴(2)移动的动触头构件(4),和一个绝缘喷嘴(6),该绝缘喷嘴(6)同心地环绕所述触头构件(3、4)以及有一个缩颈(7),绝缘喷嘴(6)是用抗腐蚀塑料制造的,且结构成使所形成的腐蚀沟道(10)与电场负载的方向成直角地延伸。这种绝缘喷嘴(6)在切断过程中射出气体,特别有效地在电弧区支持产生灭弧压力。

Description

电力断路器
本发明涉及一种具有触头装置的电力断路器。
众所周知，电力断路器具有电流路径，两个触头构件能够彼此相对移动。在断开过程中，两个触头构件之间的切换路径上会发生电弧，部分触头构件在绝缘喷嘴中烧毁。电弧的热效应作用在绝缘喷嘴的表面上，决定绝缘喷嘴的流动状况的喷嘴缩颈就会烧毁，使喷嘴缩颈的横截面扩大。如果这种横截面的增大超过了一定的极限，则对电力断路器的切断能力有负面的影响。为了使横截面的有害增大较小，采用了例如聚四氟乙烯(PTFE)的抗腐蚀的氟碳聚合物来保护绝缘喷嘴。这些碳氟化合物的聚合物一方面具有较低的形状腐蚀，而另一方面则具有较高的局部深度腐蚀，伸入绝缘喷嘴表面下较深的部位。特别是由于深度腐蚀的结果，会放出碳，使位于绝缘喷嘴表面以下的腐蚀沟道有害地积碳。腐蚀沟道的这些积碳表面由于是导电的，一旦电弧已经熄灭，就会导致电力断路器的当时处于不同电位的两个触头构件重新起弧，而且这能引起电力断路器的故障。
为了避免破坏性的积碳，可以将适当的填料和涂剂加到相应的氟碳聚合物上。这些添加剂尤其是基本上防止了深度腐蚀，因此防止了积碳，但是它们通常会导致较高的腐蚀率，因而也会导致较大的形状腐蚀，使得绝缘喷嘴的寿命大为缩短。这意味着在电力断路器耗时的保养过程中必须经常更换绝缘喷嘴。
因此，本发明的一个目的是如权利要求1中所限定的那样提供一种新颖的电力断路器，这种断路器具有在切断过程中放出气体的绝缘喷嘴，这些气体特别有效地支持在电弧区产生灭弧压力(blowingpressure)。
这种电力断路器有一个触头装置，它配有抗腐蚀的触头构件，以及有一个静触头构件，一个能沿着中心轴移动的动触头构件，和一个圆筒形设计的绝缘喷嘴，绝缘喷嘴同心地环绕触头构件以及有一个缩颈。绝缘喷嘴是用抗腐蚀塑料制造的。
PTFE、FEP、PFA、ETFE或类似的脂族聚合物或这些塑料的至少两种的混合物可以提供作为抗腐蚀塑料。此外，PA、PI、PSU、PPS或类似的芳族聚合物或这些塑料的至少两种的混合物可以用作抗腐蚀塑料。
在这种情况下抗腐蚀的绝缘喷嘴结构成使在绝缘喷嘴的表面下的导电积碳的腐蚀沟道与电场负载的方向成直角地延伸，以致它们不能引起电力断路器中的任何再起弧。
从绝缘喷嘴冒出的气体支持在电力断路器的电弧区产生压力，从而能特别有效地熄灭电弧。
参照附图在下文中更详细地说明本发明的其它典型实施例以及它们所能获得的优点，附图中只例示了一种可能的型式。
当结合附图考虑时，由于参考下文的详细描述能更清楚的理解本发明，所以容易获得本发明的更完全的评估及其许多伴随的优点，其中：
图1表示本发明的电力断路器的高度简化的局部剖视图。
图2表示由第一种绝缘材料组成的绝缘喷嘴的高度简化的剖视图。
图3表示由第二种绝缘材料组成的绝缘喷嘴的高度简化的剖视图。
图4表示由第三种绝缘材料组成的绝缘喷嘴的高度简化的剖视图。以及
图5表示具有由第四种绝缘材料组成的绝缘喷嘴的电力断路器的高度简化的剖视图。
只例示了为了直接理解本发明所需要的那些元件。
现在参阅附图，若干幅附图中相同的标号表示相同或对应的部件，图1表示简略例示的以与通常存在的额定电力路径相同的方式穿过电力断路器的灭弧室1的局部剖视图，其中没有例示灭弧室的外壳。灭弧室1充有绝缘气体，通常是经受5-6巴的范围内的增大压力的SF6气体。灭弧室1具有沿着中心轴2延伸的圆筒形设计。灭弧室1例如有静触头构件3和能沿中心轴2彼此相对移动的动触头构件4。当灭弧室1处于连接状态时，支在弹簧上的静触头构件3环绕动触头构件4。当发生切断时，在这种情况下设计成圆柱形接触销的动触头构件4沿箭头5的方向移动。与静触头3牢固地相连接的绝缘喷嘴6同心地环绕两个触头构件3和4。当灭弧室1处在连接状态时，动触头构件4封闭了绝缘喷嘴6的缩颈7。一旦两个触头构件3和4分离时，就会在缩颈7的区域触发电弧，随着动触头4的分离移动的进行，也会在绝缘喷嘴6的剖面图中的圆锥形开口区域内沿着灭弧室1的下游排放区8的方向触发电弧。缩颈7和绝缘喷嘴6的圆锥形扩展区的表面9经受电弧的热效应。图中没有例示排放区8的边界。
设想作为用于制造绝缘喷嘴6的抗腐蚀塑料的材料是选自诸如聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯高聚物(FEP)、全氟烷氧基(PFA)、乙烯四氟乙烯(ETFE)的脂族聚合物，或类似的脂族聚合物，或这些塑料的至少两种的混合物的物质组的材料。另一方面，材料也可设想为选自诸如聚酰胺(PA)、聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSU)、聚亚苯基硫醚(PPS)的芳族聚合物，或类似的芳族聚合物，或这些塑料中的至少两种的混合物的物资组的材料的抗腐蚀塑料。在切断大功率的电弧的过程中，这些聚合物中的热应力会导致产生较大量的气体，这能有利地用来熄灭电弧。
图2表示绝缘喷嘴6的高度简化的显著放大的剖视图，在这种情况下，绝缘喷嘴6是由纯聚四氟乙烯(PTFE)制成的。在喷嘴坯料的生产过程中，通过轴向膨胀向抗腐蚀的聚四氟乙烯(PTFE)施加预应力。当电弧的热应力作用在缩颈7的表面9上时，则从表面9开始，在这种材料中形成比较平直的腐蚀沟道10。在这个典型的实施例中，表面9围绕中心轴2同心地延伸。在这种情况下由于所述预应力的缘故，腐蚀沟道10的平面与中心轴2成直角，因此平行于两个触头构件3和4分离之后所形成的等电位面。可能沉积在腐蚀沟道10中的切换渣滓或其中所产生的积碳粒子不能形成导电轨迹，这是由于这些轨迹的横向范围的缘故，在电弧熄灭之后，这些轨迹可能在两个触头构件3和4之间激发介电引起的飞弧。
图3表示绝缘喷嘴6的高度简化的局部剖视图，在这种情况下绝缘喷嘴是由聚合物的混合物所制成的。聚四氟乙烯(PTFE)用作这种混合物的基础。另一种含氢的聚合物以扁平的、伸长的粒子11的形式混合到聚四氟乙烯(PTFE)中，这些粒子或者是以诸如POM等的簿片的形式，或者是以PA纤维材料等的纤维形式。在制造喷嘴坯料的过程中，要注意将粒子11排列成与中心轴2成直角。在这个典型的实施例中，缩颈7的表面9也环绕中心轴2同心地伸展。如图3中用缩颈7的表面9上的凹部12所表示的，另一种含氢的聚合物腐蚀得稍微比聚四氟乙烯(PTFE)快些。聚合物的这种混合物导致在特别集中地在绝缘喷嘴6中产生气体。在这个实施例的改型中，没有粒子11到达表面9的地方，可能形成腐蚀沟道10，这已经结合图2作了描述。这种绝缘喷嘴改型有利地用于特别需要支持产生灭弧压力的地方。
如果粒子11另外用例如MoS2等的颜料变色，颜料有利地提高了它们的腐蚀率，因此也提高了所产生的能用来吹熄电弧的气体的量，则在这种设计改型中能进一步显著地提高在绝缘喷嘴6中所产生的气体的量。
图4表示绝缘喷嘴6的高度简化的局部剖视图，在这种情况下，喷嘴6是用聚四氟乙烯(PTFE)制造的，其中掺有与中心轴2成直角的石英纤维13。当受到电弧的热作用时，这种绝缘喷嘴6最好沿着石英纤维13燃烧。在这种烧着过程中所产生的气体有利地增大了灭弧室1中的灭弧压力。另外，由于石英纤维13的氧化作用，有利地减少了腐蚀沟道上的积碳。
图5表示电力断路器的灭弧室1的另一个简化例示的局部剖视图。在这个典型的实施例中，绝缘喷嘴6是由已经烧结在一起的盘14和15所组成的。盘14和15与中心轴2成直角地排列。第一种盘14在各种情况下是由纯聚四氟乙烯(PTFE)制成的。第二种盘15在各种情况下则是由已加有5％重量的MoS2的聚四氟乙烯(PTFE)所制成的，这种MoS2用作结构的着色。为了制造喷嘴的坯料，这些盘14和15彼此交替地放置，以公知的方式烧结在一起，形成整体的块件。在这个实施例的情况下，第二种盘15的烧毁程度较大。在这种燃烧过程中所产生的气体有利地增大了灭弧室1中的灭弧压力。这样产生的加压气体的量显著地大于采用纯聚四氟乙烯(PTFE)的情况下所产生的气体量。发现1mm的盘厚度对切断大约50kArms范围内的电流是很有用的。如果要产生更大量的气体，则将第二种盘15制成比第一种盘14稍微厚些。所要提供的不同厚度的盘14和15分布在绝缘喷嘴6的长度范围内也是可行的，因为这样产生的用于吹熄电弧的气体的量能与相应的工作条件最佳地匹配。
通常也可以将不同量的氧化填料加到盘14和15。于是使这种添加最佳化，以致在所形成的腐蚀沟道中只出现可忽略量的积碳组织。在这种情况下，所产生的用以吹熄电弧的气体的量同时与所期望的工作条件相匹配。
显然，根据以上教导本发明可以有各种改型和变化。因此，要理解的是除了本文中具体所描述的之外，本发明可以在所附的权利要求书的范围内进行实施。

Claims (14)

1.一种电力断路器有一个触头装置，该触头装置配备有抗腐蚀的触头构件，以及有一个静触头构件(3)，一个能沿着中心轴(2)移动的动触头构件(4)，和一个绝缘喷嘴(6)，该绝缘喷嘴(6)同心地环绕所述触头构件(3、4)以及有一个缩颈(7)，该绝缘喷嘴(6)是用抗腐蚀塑料制造的，
所述绝缘喷嘴(6)结构成使所形成的腐蚀沟道(10)与电场负载的方向成直角地延伸。
2.根据权利要求1的电力断路器，其特征在于：脂族聚合物或芳族聚合物被提供作为抗腐蚀塑料。
3.根据权利要求2的电力断路器，其特征在于：聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯高聚物(FEP)、全氟烷氧基(PFA)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、或类似的聚合物、或这些聚合物中至少两种的混合物被提供作为脂族聚合物。
4.根据权利要求2的电力断路器，其特征在于：聚酰胺(PA)、聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSU)、聚亚苯基硫醚(PPS)、或类似的聚合物、或这些聚合物中的至少两种的混合物提供作为芳族聚合物。
5.根据权利要求3的电力断路器，其特征在于：聚四氟乙烯(PTFE)通过轴向膨胀被施加预应力。
6.根据权利要求3的电力断路器，其特征在于：一种含氢的聚合物以与中心轴(2)成直角排列的伸长的粒子(11)的形式加到到聚四氟乙烯(PTFE)中，以及
簿片形式的聚甲醛(POM)、或者纤维形式的聚酰胺(PA)被提供作为粒子(11)。
7.根据权利要求6的电力断路器，其特征在于：所述粒子(11)用颜料、最好是用MoS2着色。
8.根据权利要求3的电力断路器，其特征在于：与中心轴(2)成直角排列的玻璃纤维掺入所述聚四氟乙烯(PTFE)。
9.根据权利要求2的电力断路器，其特征在于：所述绝缘喷嘴(6)由盘(14、15)所组成，所述盘(14、15)与所述中心轴(2)成直角地排列，以及由不同的聚合物或由掺杂不同的相同聚合物所组成。
10.根据权利要9的电力断路器，其特征在于：第一种盘(14)用纯聚四氟乙烯(PTFE)制成，而
第二种盘(15)用结构着色的聚四氟乙烯(PTFE)制成。
11.根据权利要10的电力断路器，其特征在于：第二种盘(15)加有5％重量的MoS2作为颜料。
12.根据权利要10或11的电力断路器，其特征在于：第一种盘(14)和第二种盘(15)设计成具有相同或不同的厚度。
13.根据权利要10至12中任一项的电力断路器，其特征在于：第一种盘(14)和第二种盘(15)沿轴向的厚度范围是不同的。
14.根据权利要12的电力断路器，其特征在于：第一种盘(14)和第二种盘(15)各设计成具有1mm范围内的厚度。
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