CN1238540A - 具有与灭弧触头连为整体的电弧流道的电开关设备 - Google Patents

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Abstract

电开关设备(1)的整体静止灭弧触头(61)和电弧流道(75)由导电构件(65)构成，其邻近静止主触头(19)固定在线路导体(13)上，为电弧提供从灭弧触头(61)至电弧流道(75)的无接合部通道。导电构件最好是金属片构件，具有固定于线路导体(13)上的底部(67)、邻近静止主触头(19)并基本垂直于线路导体(13)的灭弧触头部分(73)和通向熄弧沟(83)的与灭弧触头部分(71)成钝角(α)的流道部分(75)。灭弧触头部分(71)和外壳(3)间的支承构件(81)将活动导体组件(23)作用在金属片构件(65)上的反作用力传入外壳(3)。

Description

具有与灭弧触头连为整体的电弧流道的电开关设备
本发明涉及具有灭弧触头的电开关设备，灭弧触头在主触头后打开以保护主触头，使其免于燃弧引起的损伤和磨损。更具体来说，本发明涉及电弧流道的结构，电弧流道将电弧从灭弧触头转送至熄弧沟，在熄弧沟中电弧熄灭。
配电系统的电开关设备包括断路器、网络保护器、转换开关及断路开关等装置。电力断路器一般用于将配电网连接于电源。这种电力断路器必须能够承受一段时间的高电流而不跳闸，以便给予网中断路器对故障作出反应并隔绝故障的时间，从而使服务混乱限制在局部区域。因此，在电力断路器作出反应时，可能必须中断相当大的电流，因而在断路器触头打开时引发电弧。大家知道在断路器触头打开的路径附近设置熄弧沟。熄弧沟的结构是与电弧成横向延伸的多块隔板。当触头打开时，电弧被电磁力送至电弧隔板，电弧隔板将电弧冷却，并通过将电弧分成多段而增加电弧电压，这两种作用都有助于灭弧。
在带有“踵-趾式(heel-toe)”触头分开动作的电力断路器中，铜的触头销(“趾”)的发弧端在断路器已经开始打开后与静止的铜灭弧触头(“趾块(toe block)”)接触。然后，主触头分开，接着灭弧触头分开，导致在铜的灭弧触头之间起弧。这可保护主触头，使其免于由于燃弧引起的损坏。一般在静止灭弧触头的顶部安装电弧流道，以便为电弧提供流向熄弧沟的表面。电弧在灭弧触头上形成，必须越过接合部至电弧流道。在低电流时，电弧上的电磁力可能不足以迫使电弧越过上述接合部。电弧的一端可能仍旧留在静止灭弧触头上，从而严重烧蚀触头。如果电弧不移向电弧流道，电弧就不会在断路器中断的时间内到达熄弧沟。
另外，当在灭弧触头上形成电弧时，电弧更倾向于沿着该零件的尖锐边缘或角部运行。电弧流道往往具有一条达到零件中央的槽以形成吸引电弧流动的边缘。槽的边缘吸引电弧流至电弧流道的中央，在中央附近接合熄弧沟，更快地将电弧熄灭。在电流水平较低时，电弧可能被吸引至静止灭弧触头的横向延伸的边缘而不是电弧流道上的槽的边缘。这可防止电弧沿电弧流道流动，即，使电弧流向电极的一侧，在那里电弧可沿电弧室内壁流动。
因此，本发明的目的是提供一种电开关设备，它带有用于熄灭在电流中断时产生的电弧的改进的装置。
更具体来说，本发明的目的是提供上述改进的装置，它将电弧从静止灭弧触头引入熄弧沟。
上述目的是通过本发明的电开关设备实现的，在本发明的电开关设备中，静止的灭弧触头和电弧流道是整体的，因而消除了两部分之间的接合部。这提供了从电弧形成点至电弧流道顶部的单一的光滑表面，因此即使在低电流水平时也增加了电流沿电弧流道流入熄弧沟的运动速度。另外，在灭弧触头上没有可能将电弧引至熄弧沟一侧的顶部边缘。另外，整体的电弧流道可以减少零件数目，比标准结构更易于制造。
更具体来说，整体的灭弧触头和电弧流道包括一个导电构件，该导电构件具有与电开关设备的线路导体电接触的底面、邻近于由线路导体承载的静止主触头的灭弧触头表面和伸向熄弧沟的流道表面。灭弧触头表面基本垂直于底面并且与流道表面成钝角。设置在灭弧触头表面和流道表面之间的拱形表面消除了可能使电弧侧向偏移的表面间的尖锐边缘。
导电构件最好是一个金属片构件，例如铜的或电镀钢的金属片构件，它具有一个形成底面的底部、一个带有灭弧触头表面的灭弧触头部分和一个形成流道表面的流道部分。灭弧触头部分和流道部分之间的一个拱形部分形成拱形表面。一个支承构件设置在灭弧触头部分和外壳之间以便在断路器打开和闭合过程中机械支承及传递静止灭弧触头部分上的反作用力。支承构件可以与外壳整体形成，也可以是一个单独的构件，借助共用紧固件与金属片构件一起固定在线路导体上。
本发明特别适用于带有“踵-趾式”触头分开动作的电开关设备，其中，“趾”是触头销构成活动灭弧触头的部分。金属片构件的静止灭弧触头部分构成趾块。
对照以下附图阅读下面对推荐实施例的描述，可以全面理解本发明。
图1是本发明的装有整体的灭弧触头和流道的断路器的垂直剖视图，图中断路器处于完全闭合位置。
图2类似于图1，但是表示触头销即将断开灭弧趾上的触头。
图3类似于图1，但是表示触头承载件处于完全打开的位置。
图4是图1所示的整体的灭弧触头和流道的立体图。
本发明适用于电开关设备，例如，断路器、网络保护器、转换开关和断路开关等，下面将针对电力断路器进行描述。
图1至图3所示的电力空气断路器1具有一个外壳3，其包括模制的前壳5和后壳7，它们共同形成容纳电极装置11的电极室9。断路器1一般具有三个电极，三相系统中每相一个电极。图1-3是电极室9之一的垂直剖视图，它们沿着稍许不同的剖线截取以表示有关的特征。每个电极包括一个线路侧导体13，它伸出后壳7，以便连接于交流电源(未画出)。负载导体15也伸出后壳7(见图1)，以便于典型地连接于负载网(也未画出)的导体。
每个电极装置11具有一对主触头17，其包括一个静止主触头19和一个活动主触头21。活动主触头21由活动导体组件23承载。活动导体组件23包括多个触头销25，它们以轴向间隔开来的关系安装在枢销27上，枢销27固定在触头承载件29上。触头承载件29具有一个模制的本体31和一对腿部33(只画出一个)，腿部33具有可转动地支承在外壳3(图3)中的枢轴35。
如图3所示，触头承载件被驱动联杆机构37绕枢轴35转动，联杆机构37包括一驱动销39，该驱动销通过槽43装在承载件本体31中的横向通道41中，驱动销39借助平面45键接于槽43。驱动销39固定在驱动联杆47上，联杆47在承载件本体31中的槽49中摆转。驱动联杆47的另一端可摆动地由销51连接于极轴55上的极臂53，极轴35以类似方式连接于断路器其它电极中的承载件。极轴55由示意表示的操纵机构57转动，操纵机构安装在前壳5的前部并由一个盖(未画出)封盖。
在每个触头销25的与其自由端间隔开来的一个点上固定一个活动主触头21。触头销25的邻近于自由端的部分构成一个活动灭弧触头，或称为“灭弧趾”59。静止灭弧触头61与灭弧趾59一起构成一对灭弧触头63，是由整体的灭弧触头和流道65构成的。
如图4所示，整体的灭弧触头和流道65是一个导电构件，具有一个带底面69的底部67、一个带有灭弧触头表面73的灭弧触头部分71和一个带有流道表面77的流道部分75。在推荐实施例中，整体的灭弧触头和流道65是一个金属片构件，是由铜或镀镍、铜或其它适当材料的钢制成的。整体的灭弧触头和流道65借助穿过支承块81、底部67、线路导体13的螺栓79安装在线路导体上，并由设置在外壳中的槽82中的螺母80固定，如图2所示。整体的灭弧触头和流道65的灭弧触头表面73平行于静止主触头19，但侧向伸向活动灭弧触头即灭弧趾59，其目的将在下文讨论。流道部分75与灭弧触头部分71成钝角α，并向上向外通向熄弧沟83的一侧。因此，在形成灭弧触头部分17和流道部分75时金属片构件65弯成一个小于90°的角β。熄弧沟83是公知的，包括由一对熄弧侧板87(只画出一个)以间隔开来的关系固定的多个熄弧板85。在熄弧沟83的另一侧是一个熄弧顶板89，它向下延伸并指向活动灭弧触头59，其目的也将在下文描述。
触头销25受到装在承载件本体31的凹部93中的成对的螺旋压簧91的顺时针方向的偏压。操纵机构57转动极轴55，极轴55又使触头承载件29在打开和闭合位置之间摆动以打开和闭合触头。在图3所示的打开位置上，触头承载件逆时针转动，因此，可分开的主触头17和灭弧触头63完全打开。当承载件92顺时针转向闭合位置时，灭弧趾59首先接触灭弧触头表面73，如图2所示。当承载件29继续顺时针转动时，弹簧91由于触头销25绕枢销72摆动而压缩直至主触头17闭合。进一步转动至图1所示完全闭合位置时导致灭弧触头63打开，而主触头17仍旧闭合。在该闭合位置上，电路从线路导体13通过闭合的主触头17、触头销25、挠性分流器95和负载导体15(见图2)而完成。为了打开断路器，操纵机构57松释极轴55，因而受压缩的弹簧91使承载件29在图1中看去逆时针方向加速摆动。开始时，由于承载件移离线路导体，触头销29摆动，因而灭弧触头63闭合，而主触头仍旧闭合(未画出)。当承载件29继续逆时针运动时，主触头打开，如图2所示，全部电流转向灭弧触头63。如果电流正由断路器承载，例如当断路器响应于过载或短路而跳闸时，随着承载件继续逆时针转动而使静止灭弧触头61和活动灭弧触头即灭弧趾59分开时，在这两个触头间形成电弧。由于主触头17已经打开，起弧被限制于灭弧触头63，这样就延长了主触头63的寿命。电弧中的电流产生的电磁力将电弧向外推向熄弧沟83，因而静止灭弧触头61上的电弧端部沿整体的灭弧触头和流道65的灭弧触头部分71移向流道部分75。同时，承载件的迅速打开使灭弧趾59邻近于熄弧顶板89的自由端，因而电弧从灭弧趾59伸向熄弧顶板并沿熄弧顶板移入熄弧板85，使电弧分成若干较短的部分。大家知道，电弧的这种拉伸及分成较短的部分可增加电弧电压。电弧电压的增加，以及电弧被熄弧板85冷却促进了电弧的中断。
整体的静止灭弧触头和流道65消除了现有技术中构成静止灭弧触头的熄弧块和单独的电弧流道之间存在的接合部。这使电弧更容易从静止灭弧触头61移至流道部分75，再从那里借助槽97形成的边缘向上流向熄弧沟，在本实施例中槽97是一条封闭的槽。另外，由于灭弧触头部分71是一个与底部67成横向的平的部分，因而向着流道部分的弯曲不象现有技术的单独的电弧流道中那么急剧，现有技术的单独电弧流道具有一个与底部67类似的底部，该底部向着流道部分的弯曲大于90°。整体的静止灭弧触头和流道65也具有一个在灭弧触头部分71和流道部分之间的拱形部分99，其形成一个拱形表面101，没有可能会使电弧向侧面偏移或减慢电弧向熄弧沟运动的任何尖锐的侧向边缘。
承载件29具有将电弧集中在静止灭弧触头61中央附近的特征，因而有助于使电弧指向中央槽97。如图2所示，触头销25的末端103被弹簧91偏压在承载件本体31上的止动凸起部105上。止动凸起部105的中央有一凹部107(见图1)，该凹部使中央触头销25可在不处于闭合位置时比外部触头销进一步地顺时针转动(见图3)。因此，在中央触头销25上的灭弧触头59在闭合过程中首先接触。更重要的是，这些灭弧触头在打开过程中最后分开，因而只在中央的灭弧触头之间起弧。
在断路器闭合过程中，活动灭弧触头59以很大的力触及静止灭弧触头61。支承块81将反作用力从金属片制成的整体的灭弧触头和流道65传入外壳3，从而防止了该金属片构件的扭曲或弯曲。支承块可以不是单独的构件，而是与外壳3的后壳7整体模制。
虽然已经详述了本发明的具体实施例，但是，本专业技术人员懂得按照公开的内容可对这些细节作各种修改和替代。因此，公开这些具体的布置只是为了说明，而并不是对本发明范围的限定。

Claims (13)

1．电开关设备(1)，它包括：
一个外壳(3)；
安装在所述外壳(3)中的一个负载导体(15)和一个线路导体(13)；
一对包括活动主触头(21)和静止主触头(19)的主触头(17)和一对包括活动灭弧触头(59)和静止灭弧触头(61)的可分开的灭弧触头(63)，所述静止主触头(19)和静止灭弧触头(61)与所述线路导体(13)电接触；
一个活动导体组件(23)，将所述活动主触头(21)和所述活动灭弧触头(59)连接于所述负载导体(15)并包括一个触头承载件(23)，其在一个打开位置和一个闭合位置之间移动以打开和闭合所述成对的可分开的触头(17,63)；至少一个触头销(25)，可摆动地安装在所述触头承载体(29)上并使所述活动灭弧触头(59)邻近于一个自由端，使所述活动主触头(21)与上述自由端间隔开来；以及触头弹簧装置(91)，其摆动地偏压所述至少一个触头销(25)；以使当所述承载件(29)移至所述打开位置时，从只有所述可分开的主触头(17)在所述承载件(29)处于所述闭合位置时的闭合摆向两对所述可分开的触头(17,63)的闭合，摆向只有所述可分开的灭弧触头(63)的闭合，摆向两对可分开的触头(17,63)都打开；
一个邻近于所述活动导体组件(23)设置的熄弧沟(83)；以及
一条电弧流道(75)，其与所述静止灭弧触头(61)是整体的并伸向所述熄弧沟(83)，从而当所述可分开的灭弧触头由于所述活动导体组件(23)的运动从闭合位置打开时，为所述可分开的灭弧触头(63)之间形成的电弧提供一条没有接合部的通道。
2．如权利要求1所述的电开关设备(1)，其特征在于：所述静止灭弧触头(61)和整体的电弧流道(75)包括一个导电构件(65)，其具有一个与所述负载导体(15)接触的底面(69)、一个形成所述静止灭弧触头(61)的静止灭弧触头表面(73)和一个通向所述熄弧沟(83)的流道表面(77)。
3．如权利要求2所述的电开关设备(1)，其特征在于：所述导电构件(65)的所述灭弧触头表面(73)基本与所述底面成横向并与所述流道表面(77)成钝角(α)。
4．如权利要求3所述的电开关设备(1)，其特征在于：所述导电构件(65)还具有一个在所述灭弧触头表面(73)和所述流道表面(77)之间的拱形表面(101)。
5．如权利要求2所述的电开关设备(1)，其特征在于：所述导电构件(65)是一个金属片构件，具有一个带有所述底面(69)的底部(67)、一个带有所述静止灭弧触头表面(73)的静止灭弧触头部分(71)和一个带有所述流道表面(77)的流道部分(75)。
6．如权利要求5所述的电开关设备(1)，其特征在于：所述流道部分(75)具有一个在横向上基本处于中央的纵向槽(97)。
7．如权利要求5所述的电开关设备(1)，其特征在于：所述金属构件(65)在的述灭弧触头部分(71)和所述流道部分(75)之间有一个带有拱形表面(101)的拱形部分(99)。
8．如权利要求7所述的电开关设备(1)，其特征在于：所述活动灭弧触头(59)包括在所述至少一个触头销(25)上的灭弧趾。
9．如权利要求5所述的电开关设备(1)，其特征在于：所述导电构件(65)的所述灭弧触头表面(73)与所述底面(69)基本成横向并与所述流道表面(77)成钝角((α)。
10．如权利要求9所述的电开关设备(1)，其特征在于：在所述灭弧触头部分(71)和所述外壳(3)之间包括一个支承构件(81)。
11．如权利要求10所述的电开关设备(1)，其特征在于：设有紧固装置(79)，其穿过所述支承构件(81)、所述底部(67)和所述线路导体(13)并固定在所述外壳(3)上。
12．如权利要求11所述的电开关设备(1)，其特征在于：所述金属片构件(65)在所述灭弧触头部分(71)和所述流道部分(75)之间包括一个带有拱形表面(101)的拱形部分(99)。
13．如权利要求1所述的电开关设备(1)，其特征在于：所述活动灭弧触头(59)包括在所述至少一个触头销(25)上的灭弧趾。
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