CN1231940C - 集电器和气体断路器 - Google Patents

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Abstract

集电器，其中接触部分不存在分解损耗，即使固定和移动触头相互滑动接触，并且耐久性及载流性能得到提高，包含容器，其中容器充满绝缘灭弧介质并且接纳圆柱形固定触头和与固定触头同心放置、适合与固定触头配合接触以传送所接收电流的圆环面形触头，还包含由导电材料形成的、位于圆环形触头的接触部分的圆环面形集电构件。

Description

集电器和气体断路器
技术领域
发明涉及集电器和气体断路器，特别涉及这样的集电器和气体断路器，其中构成打开和关闭电子电路的断路器移动和固定触头彼此闭合和断开从而导通和切断电流。
背景技术
这种气体断路器通常是充气型气体断路器。对于这种充气型气体断路器，中断部件被安排在充满诸如SF6气体的灭弧气体的金属容器中，其中灭弧气体与容器电气绝缘，伴随组成中断部件触头(集电器)的闭合和断开动作，在压缩装置中压缩灭弧气体，并且压缩气体被吹向电弧以便灭弧。
下面描述构成这种充气型气体断路器的中断部件的常规触头(集电器)。
图5A，5B和图6均示出了集电器。在这些图中，由导电构件构成的外部固定触头14和内部移动触头13按照配合接触关系被构造成同心圆柱结构(外部固定触头14按照圆柱形式被构造成空心圆环面形，而内部移动触头13按照圆柱形式被构造成空心或实心结构)。电流通过接触部分15a从外部固定触头14流向内部移动触头13。内部移动触头13被构造成伴随断路器的开关操作在外部固定触头上移动，使得载流触头部分滑动。在固定触头14上形成n个切口，其中切口沿径向伸展，沿轴向延伸预定长度，并且部分固定触头141，142，……14n组成固定触头14。在移动触头13和固定触头14接合之前，固定触头14的内径为φD1，外径为φD3，而移动触头13的外径为φD2。通过使φD1＞ΦD2，当移动触头13和固定触头14接合时，固定触头14的外径为φD3’＞ΦD3，使得固定触头14向外弯曲以便向接触部分15a提供触头压力。
然而，对于上述常规集电器结构，如详细说明移动触头13和固定触头14之间的接触部分15a的图7所示，移动触头13和固定触头14的内外径之间的关系为φD1＜ΦD2，并且还涉及加工问题，使得实际接触部分15a仅仅部分形成移动触头13和固定触头14同心圆端部。
当移动触头13和固定触头14以这种接触(载流)状态滑动时，出现这样的问题：接触部分15a中的高电流密度造成局部温度升高，使得构件的硬度降低，因此与移动触头13和固定触头14不相对滑动的情况相比，接触部分15a承受额外的分解损耗，从而极大地降低了集电器的耐用性。
发明内容
根据上面的观点提出了本发明，其目的是提供一种集电器或气体断路器，即使在移动和固定触头都彼此接触滑动时，也可以在不造成接触部分中的分解损耗的情况下提高集电器或气体断路器的耐用性和高载流性能，。
为了达到上述目的，本发明提供一种集电器，包括把绝缘灭弧介质密封在其中的容器，该容器具有圆柱型固定触头和圆环面形移动触头，其中圆环面形移动触头的位置与固定触头同心并且适合与固定触头配合接触以便传递其中存储的电流，集电器还包括在固定触头和移动触头的任何一个的接触部分上配置、由导电材料构成的圆环面形集电器构件。
为了实现上述目的，本发明还提供了气体断路器，气体断路器包括把绝缘气体密封在其中的容器，放置在容器中的固定触头，以对置方式面向固定触头以便能够与固定触头闭合或断开的移动触头，具有空心部分、允许借助从操作设备通过绝缘杆传递作用力使移动触头移动的中心轴，配置在中心轴的外部、压缩吹向固定触头和移动触头之间产生的电弧的气体的压缩装置，和引导由压缩装置压缩的气体进入电弧的绝缘喷嘴，其中固定触头和移动触头通过圆环面形集电构件连接在一起以允许传送电流。
附图说明
图1A和1B示出了集电器的实施例，图1A是横断面视图，而图1B是横切面视图。
图2说明了插入前后移动触头和固定触头之间的空间关系。
图3A和图3B示出了本发明所采用的集电构件的例子，图3A是侧视图而图3B是正视图。
图4A和4B示出了本发明所采用的集电构件的另一个例子，图4A是侧视图而图4B是正视图。
图5A和5B示出了常规集电器的例子，图5A是横断面视图，而图5B是横切面视图。
图6示出了图5A中的移动触头和固定触头在插入前后的空间关系。
图7是说明状态的视图，其中现有技术的移动触头和固定触头互相接触。
图8是说明状态的视图，其中本发明的实施例的移动触头和固定触头互相接触。
图9是示出根据本发明的集电器的另一个实施例的横断面视图。
图10是说明状态的视图，其中本发明如图9所示的实施例中的移动触头和固定触头互相接触。
图11是说明本发明对应于图1A的集电器的另一个实施例的视图。
图12是说明根据本发明的气体断路器的实施例的横断面视图。
具体实施方式
根据图示的实施例，下面给出本发明的集电器的解释。图12是充气型气体断路器的例子，其中采用了本发明的集电器。
在此图中，放置在金属容器1中的开启/切断机构部件由固定开启/切断机构部件和移动开启/切断机构部件组成，固定开启/切断机构部件位于金属容器1一侧(右侧视图)，其间具有绝缘支架2，移动开启/切断机构部件位于金属容器1另一侧(左侧视图)，其间具有绝缘支架35，两个开启/切断装置部件沿着金属容器1的中心轴方向彼此相对排列。
绝缘支架2被支撑部分3固定和支撑。与中心导体7相连的载流构件4被固定和支撑在绝缘支架2的支撑部分3的相对侧上。
载流构件4是具有导电特性的圆柱形构件，在该构件上部配置向上凸出的圆柱形导体连接部分4a。中心导体7插入导体连接部分4a，并且处于支撑部分3的相对侧的绝缘支架2的端部被固定在导体连接部分4a上。
主固定触头27位于载流构件4的在绝缘支架2相对侧的最末端。主固定触头27是具有末端的圆柱形触头电极，该末端在向内径向凸起的移动开启/切断机构部件侧。支撑部分4b从载流构件4的下部的内缘表面向内径向凸起，固定电弧触头36被固定和支撑在支撑部分4b上。固定电弧触头36是位于金属容器1的中心轴(或主固定触头27的中心轴)上、从支撑部分4b延伸到主固定触头27末端的杆状触头电极。
绝缘支撑构件35是被固定和支撑在金属容器1上的圆柱形构件。端盖18位于金属容器1的另一端。旋转轴杆17放置在端盖18中，旋转轴杆17与从操纵装置(未图示)伸出的操纵杆(未图示)连接，并且与绝缘杆16连接。绝缘杆16放置在金属容器1的中心轴上以便通过绝缘支撑构件35的内部延伸到固定开启/切断机构部件，并且绝缘杆16能够利用操纵装置通过操纵杆和旋转轴杆17传递的操纵力沿着金属容器1的中心轴方向(水平方向)移动。移动轴19位于绝缘杆16的末端上，并且正对着固定开启/切断机构部件。移动轴19由空心部分19a形成，其中空心部分19a沿着金属容器1的中心轴方向持续延伸。
在朝着固定开启/切断机构部件方向的移动轴19的末端配置移动电弧触头20，该触头可以与移动轴19一起沿着金属容器1的中心轴移动。移动电弧触头20是触头电极，其结构允许沿着金属容器1的中心轴方向靠近和远离彼此面对的固定电弧触头36。即，移动轴19朝着固定开启/切断机构部件的方向移动，由此移动电弧触头20的内缘和固定电弧触头36的外缘互相滑动接触，并且移动轴19朝着相对侧远离固定开启/切断机构部件，由此移动电弧触头20的内缘和固定圆弧触头36的外缘互相远离。
充气圆柱体21位于移动轴19的外缘，其中充气圆柱体21和移动轴19形成一个整体，并且可以与移动轴19一起沿着金属容器1的中心轴移动。充气圆柱体21是由导电构件形成的载流构件，其双圆柱形的结构由外缘壁(也称为外部圆柱体)和内缘壁(也称为内圆柱体)组成。主移动触头6位于朝着固定开启/切断机构部件方向的充气圆柱体21的外缘壁的末端的外缘表面上。主移动触头6是触头电极，其结构允许沿着金属容器1的中心轴方向靠近和远离彼此面对的主固定触头27。即，充气圆柱体21与移动轴19一起朝着固定开启/切断机构部件的方向移动，由此主移动触头6的外缘和主固定触头27的内缘互相滑动接触，并且充气圆柱体21与移动轴19一起远离固定开启/切断机构部件，由此主移动触头6的外缘和主固定触头27的内缘互相分离。
绝缘喷嘴22以覆盖移动电弧触头20的外缘的方式位于朝着固定开启/切断机构部件方向的充气圆柱体21的末端。绝缘喷嘴22是与移动电弧触头20的外缘共同形成流动通道22a的圆柱形构件，从充气圆柱体21内部释放的绝缘气体通过流动通道22a传向移动电弧触头20的末端。
与中心导体7连接的载流构件23被固定和支撑在朝着固定开启/切断机构部件方向的绝缘支撑构件35的末端。载流构件23是位于上部的圆柱形导电构件，它具有向上伸出的导体连接23a，其中中心导体7插入导体连接23a中。固定触头12位于朝着固定开启/切断机构部件方向的载流构件23的末端以便与主移动触头6接触。
朝着绝缘支撑构件35方向的充气活塞25末端的顶部被固定和支撑在从载流构件23的内缘径向向内伸出的支架23c上。充气活塞25是圆柱形构件，放置在充气圆柱体21中并且其径向厚度大于其剩余部分，使得其朝着固定开启/切断机构部件方向的末端径向向外伸出。充气活塞25被构造成在朝着绝缘支架构件35方向的一端的内径大于其剩余部分。
在移动轴19的外缘上，充气圆柱体21和充气活塞25形成充气室26。充气圆柱体21相对固定充气活塞25移动，由此在充气室26中压缩绝缘的SF6气体。压缩在充气室26中的绝缘气体通过排气孔(未图示)排泄到流动通道22a，其中排气孔位于朝着绝缘喷嘴22的方向的充气室26的一侧，以便将流动通道22a连通到充气室26的内部，并且通过输出管道22a将绝缘气体吹向在固定电弧触头36和移动电弧触头20之间产生的电弧。
由载流构件23和固定触头12限定的排气罩28位于充气室26的后面，即位于绝缘支撑构件35的一侧，使得朝着移动侧分流的热气通过移动轴19的空心部分19a排泄到排气罩28。允许排泄流过空心部分19a的热气体的排气孔19b位于朝向移动轴19的绝缘杆16一侧，并且在彼此面对且垂直于水平面的两个圆周位置上形成该排气孔，以便允许热气体从固定开启/切断机构部件向移动开启/切断机构部件排泄。
如图1A和1B所示，根据实施例的集电器包括圆环面形集电构件30，该构件位于固定触头12中外部固定触头12与内部主移动触头6的接触部分上，并且由导电材料构成(例如，有弹性的铬-铜和黄铜，轻铝，圆柱形铜，导电性好的铜和铬-铜)。圆环面形固定触头12具有n个切口，该切口如图1B所示沿径向延伸，并且沿轴向具有预定长度，由多个部分固定触头121，122，---12n构成固定触头。圆环面形槽(凹槽)部分位于部分固定触头121，122，---12n的接触表面上，并且上述集电构件30与该槽(凹槽)匹配。例如，电流通过集电构件30从固定触头12流到主移动触头6。
这样，在根据实施例的集电器中，同心和圆柱形的外部固定触头12和内部主移动触头6按照配合的方式构造，并且通过集电构件30相互电气连接以便载流。
图2说明主移动触头6，固定触头12和集电构件30的示意空间关系。
如上所述，集电构件30进入在固定触头内部形成的槽(凹槽)。在外径为φD2的主移动触头6插入已经安装集电构件30的固定触头12之前，，集电构件30的内径为φD1，固定触头12的内径和外径分别为φD4和φD3。由于φD1＜φD2，当主移动触头6插入固定触头12并且主移动触头6和集电构件30接合时，固定触头12的接合前的外径φD3和接合后的外径φD3’之间的关系为φD3’＞φD3，并且集电构件30的弯曲向接触部分15a提供了接触压力。
图3A，3B和图4A，4B详细说明了集电构件30。如上所述，集电构件30由圆环面形导电材料组成，并且部分由如图3A，3B所示的缺口41或如图4A，4B所示的缺口42形成，集电构件30的外径为φD5而内径为φD1。在图3A，3B所示的例子中，宽为S1的缺口41位于集电构件30中与圆环面的中心轴平行，并且通过针对固定触头12插入和抽出主移动触头6来调节φD1和φD2之间的差值，其中集电构件30已经被装配在固定触头12上。在图4A，4B所示的例子中，宽为S2的缺口42是斜的，并且可以通过与图3A，3B一样的方式调节直径之间差值。另外，尽管未图示，显然集电构件30的多个凹槽可以获得与上述类似的效果。
图8详细说明了图1的集电器的接触部分15。在现有技术中，由于移动触头13和固定触头12的外径和内径之间有差值，在实际滑动表面上的接触部分出现在接触圆周上。
相反，在实施例中，固定触头12和主移动触头6之间插入集电构件30以保持相同，使得集电构件30的内缘追随并且接触主移动触头6的外缘。结果，集电构件30和固定触头12之间的非滑动接触占据部分圆周，而集电构件30和固定触头12之间的滑动接触占据整个圆周。
众所周知，滑动的情况与非滑动的情况相比较，载流性能被极大地降低，以致经受接触部分内的分解损耗。为了解决此问题，有效的方法是降低载流部分的电流密度以抑制接触部分局部温度升高。在此实施例中，从图7和图8之间的比较可以看出，滑动接触部分的接触区域被极大地扩大，以便允许降低电流密度，使得即使当载流和滑动同时出现在集电器上时，也可以阻止在滑动部分产生分解损耗。结果，可以提高集电器的载流能力和耐用性，从而可以延长工作寿命并增加可靠性，还可以增加载流容量以实现大容量集电器。
图9和10显示了本发明的另一个实施例。
如实施例所示，集电构件30和固定触头12的接触部分形成具有曲率R的环形横截面。图10说明了这样的状态，其中在使用图9所示的集电构件30的情况下主移动触头6被纳入。
根据此实施例，固定触头12被主移动触头6挤压，主移动触头6被纳入在固定触头12中，并且固定触头12在某些情况下相对水平方向扭曲角度θ，使得横截面是矩形平行边的集电构件30在与主移动触头6接触的区域内缩小。然而，与固定触头12接触的集电构件30的部分具有曲率R的圆形横断面，圆形调整固定触头12的变形以实现集电构件30与主移动触头6接触的区域的扩大，还出现即使在固定触头12变形时固定触头12和集电构件30也可以互相稳固接触的状态。
图11说明了本发明的另一个实施例。所示实施例中的结构使得固定触头12a插入主移动触头6，集电构件30a位于固定触头12a的外缘，并且出现集电构件30a的固定触头12a的外缘和主移动触头6a的内缘相互滑动接触以允许在其间载流。此结构与上述实施例的结构效果相同。
另外，虽然针对集电构件位于固定触头的内缘或外缘的情况进行了说明，但显然集电构件可以位于移动触头的内缘或外缘。虽然集电构件位于移动触头或固定触头上，但其位于集电构件上的情况下可以获得相同的效果，其中不需要移动触头的开关动作，而只需要滑动。
根据本发明的以上描述，接触部分即使在固定和移动触头相互滑动接触的情况下也不会产生分解损耗，因此达到耐久性和载流性能均得到提高的效果。

Claims (9)

1.一种集电器，包括一个容器和一个由导电材料形成的圆环面形集电构件，一种绝缘灭弧介质被封闭在该容器中，所述容器具有圆柱形固定触头和圆环面形移动触头，所述圆环面形移动触头与该固定触头同心并且适合与该固定触头配合接触以使电流能在该固定触头与圆环面形移动触头之间流过，所述圆环面形集电构件位于固定触头或移动触头的接触部分上。
2.一种集电器，一个容器和一个由导电材料形成的圆环面形集电构件，一种绝缘灭弧介质被封在该容器中，所述容器具有圆柱形移动触头和圆环面形固定触头，所述圆环面形固定触头与该移动触头同心并且适合与该移动触头配合接触以使电流能在该移动触头与圆环面形固定触头之间流过，所述圆环面形集电构件位于固定触头的接触部分上。
3.根据权利要求1或2的集电器，其中在带有缺口的圆环的一部分上构成圆环面形集电构件。
4.根据权利要求3的集电器，其中通过径向穿过触头并且沿轴向延伸的切口形成圆环面形触头，并且圆环面形凹槽位于圆环面形触头内部以便使圆环面形集电构件在其中配合。
5.根据权利要求4的集电器，其中形成具有曲率R的圆形横截面的、与圆环面形触头的凹槽接触的集电构件的部分。
6.根据权利要求1或2的集电器，其中集电构件由铜、铜合金、铝和铝合金其中之一组成。
7.一种气体断路器，包括充满绝缘气体的容器、设置在容器中的固定触头、面对固定触头设置并能够移向和离开固定触头的移动触头，具有空心部分并且利用通过绝缘杆从操纵装置传递的操纵力使移动触头可移动的中心轴、位于中心轴外部并且压缩吹向固定触头和移动触头之间产生的电弧的气体的压缩装置、以及向电弧传递压缩装置压缩的气体的绝缘喷嘴，其中固定触头和移动触头通过圆环面形集电构件电气连接在一起以允许载流。
8.一种气体断路器，包括充满绝缘气体的容器，放置在容器中的固定触头，面对固定触头放置的以便能够靠近或远离固定触头的移动触头，具有空心部分并且利用通过绝缘杆从操纵装置传递的操纵力使移动触头可移动的中心轴，位于中心轴外部并且压缩吹向固定触头和移动触头之间产生的电弧的气体的压缩装置，向电弧传递压缩装置压缩的气体的绝缘喷嘴，以及位于固定触头和移动触头中的任意一个上并且由导电材料形成的圆环面形集电构件。
9.一种气体断路器，包括充满绝缘气体的容器，放置在容器中的固定触头，面对固定触头放置的以便能够靠近或远离固定触头的移动触头，具有空心部分并且利用通过绝缘杆从操纵装置传递的操纵力使移动触头可移动的中心轴，位于中心轴外部并且压缩吹向固定触头和移动触头之间产生的电弧的气体的压缩装置，向电弧传递压缩装置压缩的气体的绝缘喷嘴，以及位于固定触头的接触部分上并且由导电材料形成的圆环面形集电构件。
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