CN1193396C - 真空断路器的触点及使用触点的真空断路器 - Google Patents

Abstract

触点和使用触点的断路器。触点包括中空的圆筒形触点架和设在触点架的一个轴向端面上的触点板。第一缝隙和第二缝隙分别从触点架的一个和另一个轴向端面上延伸出。第一缝隙和第二缝隙相对触点架的中心轴线倾斜，和分别有沿触点架的轴向延伸的第一高度X和第二高度Y。假设触点架的轴向长度1，第一高度X和第二高度Y满足由下式(1)-(3)给出的关系：(1)0.9≥X；(2)X≥Y≥0.2X；(3)1.4≥X+Y≥0.8。

Description

真空断路器的触点及使用 触点的真空断路器

技术领域

本发明涉及真空断路器的触点及使用触点的真空断路器。

背景技术

为了改进真空断路器的断路性能，或断开容量，要求断开电源时，电弧在电极的整个表面之间均匀地分布而不是集中在电极表面的局部区域。已采用施加轴向磁场型的真空断路器以电极的整个表面接受电弧。上述类型的真空断路器在断流时，沿着其轴向在电极之间产生轴向磁场。由于产生了轴向磁场，发展的电弧被轴向磁场限制，因此可减少在电弧柱中带电粒子的损失。这使电弧稳定和抑制了电极的温度升高，因而改善了断路性能。

US No.4620074(相应于日本专利申请二次公开No.3-59531)公开了一种真空开关的触点安排。这种安排包括两个杯形触点，各有中空的圆筒形的触点等。各触点架的端面有触点板和多个缝槽设在触点架的圆周表面。缝槽相对于各触点架的中心轴线倾斜。规定了触点架的轴向长度(杯的深度)、缝槽的数目和缝槽相对于触点架直径的方位角。

发明内容

为了得到在高电压和大电流下真空断路器的断路性能，必须增加触点的直径和在触点之间的间隙(离解距离)。在上述相关的技术中，如果增加了触点的直径及触点之间的间隙，在电极之间的磁通密度将增加，使得电极之间的电弧不稳定，而使断路操作失败。另外，如果设定触点架的槽的方位角比较大以保证在电极之间产生的磁场，触点强度会恶化，在真空断路器的开关操作中加上的力会使其变形。这使得真空断路器的耐电压特性及断路性能变坏。

因此，本发明的目的是提供一种真空断路器的触点，可增加磁场强度而不恶化机械强度，以及提供使用触点的真空断路器，在断路时可产生均匀的电弧分布和达到高的断路性能而不增加其尺寸。

为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种真空断路器的触点，包括：一个中空的圆筒形的触点架，所述的触点架包括一中心轴线、一个第一轴向端面和一个沿着中心轴线延伸的轴向长度；一个触点板，所述的触点板设在所述的触点架的相对的轴向端面之一上；多个第一缝隙，所述的第一缝隙从所述的相对的轴向端面延伸出和相对所述的触点架的中心轴线倾斜，所述的第一缝隙有沿着所述的触点架的轴向延伸的第一高度X；相对所述的触点架的中心轴线倾斜的多个第二缝隙，所述的第二缝隙有沿着所述的触点架的轴向延伸的第二高度Y，所述的第二缝隙与所述的第一缝隙配合以在所述的第一、二缝隙之间，限定在所述的触点架中的圈形部分，该部分允许电流流过和形成沿所述的触点架轴向的轴向磁场；其特在于所述的触点架包括与所述的第一轴向端面相对的第二轴向端面，所述的第二缝隙从所述的触点架的第二轴向端面延伸出，并且假设触点架的轴向长度为1，所述的第一高度X和所述的第二高度Y满足由下面公式(1)-(3)给出的关系：

0.9≥X                   ...(1)

X≥Y≥0.2X               ...(2)

1.4≥X+Y≥0.8            ...(3)

为实现本发明的上述目的，本发明还提供了一个真空断路器，包括：一个真空外壳；和一对触点，所述的触点安排成同轴地设在所述的真空外壳内和可以沿着轴向相对运动，各触点包括：一个中空的圆筒形的触点架，所述的触点架包括一中心轴线、一个第一轴向端面和一个沿着中心轴线延伸的轴向长度；一个触点板，所述的触点板设在所述的触点架的相对的轴向端面之一上；多个第一缝隙，所述的第一缝隙从所述第一轴向端面之一延伸出和相对所述的触点架的中心轴线倾斜，所述的第一缝隙有沿着所述的触点架的轴向延伸的第一高度X；相对所述的触点架的中心轴线倾斜的多个第二缝隙，所述的第二缝隙有沿着所述的触点架的轴向延伸的第二高度Y，所述的第二缝隙与所述的第一缝隙配合以在所述的第一、二缝隙之间，限定在所述的触点架中的圈形部分，该部分允许电流流过和形成沿所述的触点架轴向的轴向磁场；其特征在于所述的触点包括与所述的第一轴向端面相对的第二轴向端面，所述的第二缝隙从所述的触点架的第二轴向端面延伸出，并且假设触点架的轴向长度为1，所述的第一高度X和所述的第二高度Y满足由下面公式(1)-(3)给出的关系：

0.9≥X                   ...(1)

X≥Y≥0.2X               ...(2)

1.4≥X+Y≥0.8            ...(3)

附图的简要说明

图1是按照本发明的第一实施例的真空断路器用的触点的侧视图，

图2是图1的触点的顶视图，

图3是说明图1所示的触点的方位角的图；

图4是真空断路器用的一对相对的触点的侧视图，触点部分以剖面图示出，各触点是图1所示的触点一样的触点；

图5是图4所示的相对的触点的透视图；

图6是使用图4所示的触点的真空断路器的示意图；

图7A-7C是触点的侧视图，分别示意地示出了有相同尺寸的缝隙的不同的安排；

图8A-8C是类似图7A-7C的视图，但是示出了有不同尺寸的缝隙的不同的安排；

图9示出了图7A-7B的触点中得到的磁场密度分布的曲线图；

图10示出了图8A-8B的触点中得到的磁场密度分布的曲线图；

图11示出了缝隙尺寸和触点中得到的磁场密度之间的关系的曲线图；

图12示出了缝隙尺寸和触点的机械强度之间的关系的曲线图；

图13是缝隙尺寸和参数区的曲线图。

最佳实施例的详细说明

下面参见附图说明按照本发明的用于真空断路器的触点，及使用触点的真空断路器。参见图1-2，图中示出本发明的一个实施例的触点。参见图4-5，图中示出了用在真空断路器的两个相对的触点。如图1-2中可见，触点包括一个有中心轴线A的中空的圆筒形的触点架1。在图1中，D表示触点架1的外径，L为触点架1的轴向长度或深度，W表示触点架1的圆筒形的壁的厚度。如图1所示，触点架1包括相对的轴向端面1a和1b。触点板2通过钎焊固定到触点架1的端面1a。触点端板3通过钎焊固定到触点架1的相对的端面1b。圆筒形的触点架1和触点端板3配合形成一个杯形。在该实施例中，如图4所示，触点端板3有一环形的装配件3b，设在端板3的表面3a上。一个中空的圆筒形增强件4与触点架1同轴地设在触点架1的里面和沿触点架1的内圆周面延伸，两者之间有间距。增强件4增强触点架1和触点板2以防止两者的变形。增强件4包括一个轴向端部，装在环形装配件3b的内周边和与触点板3的表面3a接触。增强件4有一个轴向端面与触点板2接触，并用钎焊焊在其上。

触点架1包括第一缝隙5和第二缝隙6，设在触点架1的圆筒壁上。第一缝隙5和第二缝隙6延伸在触点架1的内外圆周表面之间。第一缝隙5和第二缝隙6相对于触点架1的中心轴线A倾斜一角α。第一缝隙5的端部5a开口到触点架1的端面1a。第二缝隙6的端部6a开口到触点架1的相对的端面1b。第一缝隙5和第二缝隙的方位角β为常数。如图3所示，方位角β是各弧形的缝隙5，6，相对各圆形端面1a和1b的中心0的打开的角度。第一缝隙5和第二缝隙6配合在其间限定触点架1中的圈形部分。具体地，在相互邻近的第一缝隙5之间形成有一个圈形部分7a，在第一缝隙5和第二缝隙之间形成有一个圈形部分7b和在相邻的第二缝隙6之间形成有一个圈形部分7c。

第一缝隙5和第二缝隙6的总数S定在下式给定的范围内：

0.1D≤S≤0.2D

式中：D表示触点架1的外径(mm)。第一缝隙5和第二缝隙6的数目各为总数S的一半。第一缝隙5和第二缝隙6的倾斜角α定在60度-80度的范围内。倾斜角α的范围根据触点架1的机械强度和电阻的减小而确定。具体地，从触点架1的机械强度和电阻的减小观点出发，沿着与其垂直的方向在相邻的第一缝隙5之间，在相邻的第二缝隙6之间，和在第一缝隙5和第二缝隙6之间延伸的垂直距离“e”优选地为约7mm-18mm。在这种情形下，基于触点架1的外径D和第一缝隙5和第二缝隙6的总数，得到倾斜角α的范围，也就是60度-80度。

第一缝隙5和第二缝隙6的方位角β定在(540/S)°≤β≤(1440/S)°之间的范围。下限值(540/S)°是在圈形部分的长度为1.5圈的情形下确定。如果下限值小于(540/S)°，不能产生足够的磁通量。上限值(1440/S)°是在圈形部分的长度为4圈的情形下确定。如果上限值大于(1440/S)°，电阻将增加到产生会有负面影响的热量。另外，在这种情形下，触点架1的机械强度会降低。

第一缝隙5和第二缝隙6相互等距间隔开预定的圆周距离或方位角γ。方位角γ的范围设定在(120/S)°≤γ≤(600/S)°的范围内，式中S表示第一缝隙5和第二缝隙6的总数。方位角γ根据触点架1的机械强度确定。

第一缝隙5和第二缝隙6的圆周长度减小以在其间限定圆周距离或方位角γ。结果，在相邻的第一缝隙5之间和在相邻的第二缝隙6之间形成一个刚性的小柱部分1c。通过设置小柱部分1c，可保持触点架1的机械强度。具体地，如果在触点架1中形成圆周延伸的缝隙，沿轴向触点架1的机械强度会恶化。但是，由于设有刚性的小柱部分1c，可保持触点架1的轴向强度。

在触点架1的轴向延伸的预定区域内，第一缝隙5和第二缝隙6可相互搭接。第二缝隙6可以设成使得其一部分设在相邻的第一缝隙5之间。如图2清楚可见，触点板2设有线性的缝隙8，从触点板2的外周边笔直地向里延伸。缝隙8的数目与第一缝隙5的数目相同。缝隙8的内端与触点板2的中心O偏开，和缝隙8的外端开口到触点板2的圆周表面。缝隙8总体安排成螺旋方式，如图2所示。通过把缝隙8的外端8a与触点架1的第一缝隙5的开口端5a对齐，把触点板2装到触点架1上。因而缝隙8与第一缝隙5相互连通。

现在参见图4-6，说明使用上述触点的真空断路器。如图6所示，真空断路器10包括一个真空外壳13和设在真空外壳13内的两个触点11、12。两个触点11、12各有如图1-3所示的结构。如图4-6所示，触点11、12安排成同轴和相互相对。在触点11、12之间有预定的间隙(中间接触距离)G。预定的间隙G定在15mm≤G≤100mm之间的范围。预定的间隙G根据加到真空断路器10上的电压级别用经验方法确定。

真空外壳13包括一个绝缘管14和包着绝缘管14的相对端部的端板15、16。绝缘管14由陶瓷、玻璃等制成。端板15、16由金属制成。对真空外壳13抽真空以产生一个高真空。一个固定电极棒17通过端板15固定到真空外壳13上。作为固定电极的触点11固定到位于真空外壳13内的固定电极棒17的尖端。作为可移动的电极的触点12固定到活动电极棒19的尖端，活动电极棒19的尖端与真空外壳13内的固定电极棒17的尖端相对。

在如此构造的真空断路器中，在断路时，在作为电极的触点11和12之间产生电弧。电流“i”按图1和6中的箭头指示的方向流动。具体地，如图1所示，电流i从触点板2进入在触点架1的相邻的第一缝隙5之间的圈形部分7a，穿过在第一缝隙5和第二缝隙6之间的圈形部分7b和在相邻的第二缝隙6之间的圈形部分7c。由于电流“i”穿过圈形部分7a、7b、7c，在触点板2之间产生了一个磁场B。在如此形成的许多长的电流通路的情形下，磁场B约为只有第一缝隙5的触点之间产生的磁场的两倍。因此，真空断路器可达到极好的电弧稳定性和断路性能。同时，可允许一个旁路电流，如图1虚线所示。

考虑在间隔开的电极之间产生的磁场，由于第一缝隙5在触点11和12的触点板12之间产生的磁场比由于第二缝隙6产生的磁场更有效地作用在真空电弧上。这是因为在触点板2这侧的第一缝隙5比在触点端板3这侧的第二缝隙6位于更靠近在电极之间的间隙。如果第一缝隙5和第二缝隙6有沿触点架1的轴向延伸的同样的轴向长度(下面称作高度)，则不会总是得到理想的磁场。由于这一原因，对设有第一缝隙5和第二缝隙6有不同的高度的各种触点进行了试验以测量其间产生的磁场强度。

参见图7A-7C，8A-8C和9-13说明在触点之间的磁场强度。图7A-7C示出了有不同安排的第一缝隙5和第二缝隙6的触点，其中第一缝隙5和第二缝隙6的高度的总和的比是改变的。在图7A-7C中，X和Y分别表示第一缝隙5的高度和第二缝隙6的高度，和假设触点架1的轴向长度为1。这里0＜X，Y＜1和X＝Y。第一缝隙5和第二缝隙6的形状参数由第一缝隙5和第二缝隙6的高度X，Y和高度XY的总和X+Y来表示。图7A-7C示出的情形是第一缝隙5和第二缝隙6的高度X，Y相等，和高度X，Y的总和相对触点架1的轴向长度“1”改变。图7A示出的情形为X+Y＞1，其中高度X，Y的总和X+Y大于触点架1的轴向长度“1”。也就是，第一缝隙5和第二缝隙6在高度方向重叠。图7B示出的情形为X+Y＝1，其中高度X，Y的总和X+Y等于触点架1的轴向长度“1”。也就是，第一缝隙5和第二缝隙6在高度方向不重叠。图7C示出的情形为X+Y＜1，其中高度X，Y的总和X+Y小于触点架1的轴向长度“1”。也就是，第一缝隙5和第二缝隙6在高度方向相互隔开一段距离。

图8A-8C示出类似图7A-7C的情形，但是示出了X＞Y的情形，其中第一缝隙5的高度大于第二缝隙6的高度。图8A示出的情形为X+Y＞1，其中第一缝隙5和第二缝隙6在高度方向重叠。图8B示出的情形为X+Y＝1，其中第一缝隙5和第二缝隙6在高度方向不重叠。图8C示出的情形为X+Y＜1，其中第一缝隙5和第二缝隙6在高度方向隔开一段距离。

图9示出使用图7A-7B所示的触点的真空断路器中产生的磁场强度。图10示出了使用图7A-7B所示的触点的真空断路器中产生的磁场强度。在图9和10中，横座标轴表示离开作为电极的触点板2的中心轴线的径向距离，和纵座标轴表示在触点之间产生的磁场强度。使用了任选的单位(A.U)。具体地，图9示出了在第一缝隙5和第二缝隙6的高度X和Y是相等(X＝Y)的情形下得到的磁场强度。图10示出了在第一缝隙5的高度大于第二缝隙6的高度(X＞Y)的情形下得到的磁场强度。在图9和10中，实线表示在X+Y＞1的情形下得到的磁场强度的分布，在该情形下，第一缝隙5和第二缝隙6的高度X、Y的和X+Y大于触点架1的轴向长度“1”使第一缝隙5和第二缝隙6在高度方向重叠。而虚线代表在X+Y＝1的情表下得到的磁场强度。在这种情形下，第一缝隙5和第二缝隙6的高度X，Y的和X+Y等于触点架1的轴向长度“1”，使第一缝隙5和第二缝隙6在高度方向不重叠。从图9和10可见，在X+Y＞1的情形下得到的磁场强度大于在X+Y＝1的情形下得到的磁场强度。

图11示出了触点的第一缝隙5和第二缝隙6的高度X，Y的总和X+Y和触点之间产生的磁场强度之间的关系，图中横座标轴表示第一缝隙5和第二缝隙6的高度X，Y的总和X+Y，而纵座标轴表示在触点之间产生的磁场。实线表示在X＞Y的情形下，也就是在第一缝隙5的高度X大于第二缝隙6的高度Y的情形下得到的磁场强度。虚线表示在X＝Y的情形下，也就是在第一缝隙5的高度X等于第二缝隙6的高度Y的情形下得到的磁场强度。

图12表示在第一缝隙5和第二缝隙6的高度X，Y的总和与各触点的机械强度之间的关系。横座标轴表示第一缝隙5和第二缝隙6的高度X，Y的总和X+Y，纵座标轴表示各触点的机械强度。实线表示X＞Y情形下得到的机械强度，而虚线表示X＝Y情形下得到的机械强度。如图11和12可见，在X＞Y情形下得到的机械强度基本等于在X＝Y情形下得到的机械强度，但是在X＞Y的情形下得到的磁场强度大于在X＝Y的情形下得到的磁场强度。

图13示出由第一缝隙5和第二缝隙6的高度X，Y代表的参数区域P，其中可以得到要求的磁场强度和机械强度。在区域P，第一缝隙5和第二缝隙6的高度X，Y的关系由下式(1)-(3)给定：

0.9≥X                   …(1)

X≥Y≥0.2X               …(2)

1.4≥X+Y≥0.8            …(3)

通过在区域P中选择第一缝隙5和第二缝隙6的高度X，Y可得到提高的磁场强度和机械强度的真空断路器。具体地，第一缝隙5的高度X设定为等于或大于第二缝隙6的高度Y。优选地，第一缝隙5的高度X设定为大于第二缝隙6的高度Y。在这种情形下，可得到作用在触点之间的电弧上的更有效的磁场强度，如上所述。另外，第二缝隙6的高度Y设成等于第一缝隙5的高度X的1/5(也就是0.2X)。另外，第一缝隙5和第二缝隙6的高度X，Y的总和X+Y设成不大于1.4的值。在这种情形下，第一和第二缝隙5、6沿高度方向相互重叠。第一和第二缝隙5，6的高度X，Y的总和X+Y设成不小于0.8的值。在这种情形下，第一和第二缝隙5，6沿高度方向相互隔开不大的间隙。

触点架1可在与端面1a交会的外圆周表面上另外设有圆周缝隙。该圆周缝隙沿圆周延伸和与第一缝隙5连通。另外，触点架1可以在与相对的端面1b交会的外圆周表面上设有另外的圆周缝隙。该圆周缝隙沿圆周延伸和与第二缝隙6连通。

本发明的真空断路器通过在上述范围内相对触点架1的轴向长度设定第一缝隙5和第二缝隙6的高度X，Y可提供延伸的电流通道。这样提高了在触点之间产生的磁场强度而没有恶化触点的机械强度，用来在断路时均匀分布产生的电弧，和改善断路性能。

本申请是基于2001.9.12提交的日本专利申请No.2001-276171和2001.9.26提交的日本专利申请No.2001-293440。这些内容结合作为本发明的参考。

虽然上面已参照本发明的一些实施例说明了本发明，但本发明不局限于这些实施例。本专业的技术人员在上面教导下可对上述实施例作出修改和改型。本发明精神由下面权利要求书限定。

Claims (21)

1.一种真空断路器的触点，包括：

一个中空的圆筒形的触点架，所述的触点架包括一中心轴线、一个第一轴向端面和一个沿着中心轴线延伸的轴向长度；

一个触点板，所述的触点板设在所述的触点架的第一轴向端面之一上；

多个第一缝隙，所述的第一缝隙从所述的第一轴向端面延伸出和相对所述的触点架的中心轴线倾斜，所述的第一缝隙有沿着所述的触点架的轴向延伸的第一高度X；

相对所述的触点架的中心轴线倾斜的多个第二缝隙，所述的第二缝隙有沿着所述的触点架的轴向延伸的第二高度Y，所述的第二缝隙与所述的第一缝隙配合以在所述的第一、二缝隙之间，限定在所述的触点架中的圈形部分，该部分允许电流流过和形成沿所述的触点架轴向的轴向磁场；

其特征在于所述的触点架包括与所述的第一轴向端面相对的第二轴向端面，所述的第二缝隙从所述的触点架的第二轴向端面延伸出，并且

假设触点架的轴向长度为1，所述的第一高度X和所述的第二高度Y满足由下面公式(1)一(3)给出的关系：

0.9≥X                ...(1)

X≥Y≥0.2X            ...(2)

1.4≥X+Y≥0.8         ...(3)

2.按照权利要求1所述的触点，其特征在于所述的第一高度X等于所述的第二高度Y。

3.按照权利要求2所述的触点，其特征在于所述的第一高度X和所述的第二高度Y的总和大于1。

4.按照权利要求2所述的触点，其特征在于所述的第一高度X和所述的第二高度Y的总和等于1。

5.按照权利要求2所述的触点，其特征在于所述的第一高度X和所述的第二高度Y的总和小于1。

6.按照权利要求1所述的触点，其特征在于所述的第一高度X大于所述的第二高度Y。

7.按照权利要求6所述的触点，其特征在于所述的第一高度X和所述的第二高度Y的总和大于1。

8.按照权利要求6所述的触点，其特征在于所述的第一高度X和所述的第二高度Y的总和等于1。

9.按照权利要求6所述的触点，其特征在于所述的第一高度X和所述的第二高度Y的总和小于1。

10.按照权利要求1的触点，其特征在于还包括一增强件，同轴地设在所述的触点架的里面，所述的增强件与所述的触点板接触和沿所述的触点架延伸。

11.一个真空断路器，包括：

一个真空外壳；和

一对触点，所述的触点安排成同轴地设在所述的真空外壳内和可以沿着轴向相对运动，

各触点包括：

一个中空的圆筒形的触点架，所述的触点架包括一中心轴线、一个第一轴向端面和一个沿着中心轴线延伸的轴向长度；

一个触点板，所述的触点板设在所述的触点架的第一轴向端面之一上；

多个第一缝隙，所述的第一缝隙从所述的第一轴向端面延伸出和相对所述的触点架的中心轴线倾斜，所述的第一缝隙有沿着所述的触点架的轴向延伸的第一高度X；

相对所述的触点架的中心轴线倾斜的多个第二缝隙，所述的第二缝隙有沿着所述的触点架的轴向延伸的第二高度Y，所述的第二缝隙与所述的第一缝隙配合以在所述的第一、二缝隙之间，限定在所述的触点架中的圈形部分，该部分允许电流流过和形成沿所述的触点架轴向的轴向磁场；

其特征在于所述的触点架包括与所述的第一轴向端面相对的第二轴向端面，所述的第二缝隙从所述的触点架的第二轴向端面延伸出，并且

假设触点架的轴向长度为1，所述的第一高度X和所述的第二高度Y满足由下面公式(1)-(3)给出的关系：

0.9≥X               ...(1)

X≥Y≥0.2X           ...(2)

1.4≥X+Y≥0.8        ...(3)

12.按照权利要求11的真空断路器，其特征在于还包括一个第一电极棒，固定在所述的触点之一上，一个第二电极棒，固定在所述的触点的另一个上，和一个致动器，与所述的第二电极棒连接，和可操作使所述的第二电极棒相对所述的第一电极棒沿所述的触点架的轴向移动。

13.按照权利要求11的真空断路器，其特征在于所述的第一高度X等于所述的第二高度Y。

14.按照权利要求13的真空断路器，其特征在于所述的第一高度X和所述的第二高度Y的总和大于1。

15.按照权利要求13的真空断路器，其特征在于所述的第一高度X和所述的第二高度Y的总和等于1。

16.按照权利要求13的真空断路器，其特征在于所述的第一高度X和所述的第二高度Y的总和小于1。

17.按照权利要求11的真空断路器，其特征在于所述的第一高度X大于所述的第二高度Y。

18.按照权利要求17的真空断路器，其特征在于所述的第一高度X和所述的第二高度Y的总和大于1。

19.按照权利要求17的真空断路器，其特征在于所述的第一高度X和所述的第二高度Y的总和等于1。

20.按照权利要求17的真空断路器，其特征在于所述的第一高度X和所述的第二高度Y的总和小于1。

21.按照权利要求11的真空断路器，其特征在于各所述的触点包括一增强件，同轴地设在所述的触点架的里面，所述的增强件与所述的触点板接触和沿所述的触点架延伸。

Images