CN1285604A - 一种具有以高速移动的移动触头的高压断路器 - Google Patents

Abstract

具有高速运动移动触头的高压电断路器包括一移动第一触头(2),该触头沿轴向(A)相对于一固定第二触头(1)移动且与其相配合以建立电连接,及一杆(3),其沿所述轴向延伸并被驱动以使第一触头相对于第二触头移动。第一触头为一空心管,装配在杆上的柱塞(5)在其内部滑动。一第一弹簧(6)被设置在移动触头和柱塞的第一端之间,一第二弹簧(7)被设置在移动触头和柱塞第二端之间。设置一第一锁紧系统(8)以便在闭合和打开期间,防止移动触头移动。

Description

一种具有以高速移动的移动触头的高压断路器

本发明涉及一种电断路器，其包括一第一触头，第一触头沿轴向相对于一固定第二触头移动且与其相配合以建立电连接，及一杆，其沿所述轴向延伸并被驱动以使第一触头相对于第二触头移动。

本发明更特别涉及一种高压电断路器，其具有一金属壳体，移动和固定触头位于金属壳体中，所述壳体内填充有如SF₆这样的绝缘气体。用于驱动移动触头的杆以密封方式通过金属壳体且通常通过一机械控制装置使其平移。

专利申请EP 0348 645披露了一种断路器，其具有由两个同轴圆筒构成的两个移动触头，这两个触头可被移动以便依次连接一固定弧触头和一固定永久触头(以便通过恒定电流)。用于控制移动触头的控制机构使用了两个配套的螺旋弹簧，这两个螺旋弹簧由固定在一驱动杆上的垫圈分离，所述驱动杆与所述弹簧轴向对准。所披露的断路器结构在断开或闭合电连接的操作期间，能使移动触头的移动速度远远大于驱动杆的移动速度。

通常，以电容性电流(很高电压下低安培)操纵断路器时，在移动触头和固定触头间会产生电弧，该电弧会产生对所连接设备有害的很高频率的线路瞬变值(MHz级)。断路器越快，被触发的电弧数就越小。所以，上述专利申请采用了一种移动弧触头，该弧触头可被高速移动而连接或分离一固定弧触头，所述固定弧触头也被称为“瞬变电流触头”。恰好在所述电弧电流被连接后，能使永久性触头彼此相对运动并在不触发电弧的情况下连接在一起。

但是，由在该装置中的两个移动触头提供的两级连接不会解决某些问题：

首先，尽管由于增大转换速度而减小了电弧触发的数量，但是，每一高压波前仍会对连接的设备造或损坏。为了减小所述波前的陡度和高度，众所周知可采用与固定弧触头相连的电阻器。如果由触发电弧产生的电流全部通过所述电阻器，则会大大减弱波前。

由于其固定触头的布置，上述装置不能仅在固定弧触头上触发电弧。如果电压超过某一极限值，则移动弧触头和固定永久触头之间的绝缘距离是不够的，在这种情况下，所述触头之间会触发电弧，由于所述电压不被任何电阻器削弱，从而会产生有害的冲击性电压。

另外，具有两个移动触头的这一装置是指瞬变电流将会流过同时等待永久触头被连接。由于移动弧触头具有有限截面的结果，瞬变电流必须保持低于临界极限值，若大于该极限值，特别是由于这一电流会持续较长时间，则所产生的热量会对弧触头造成损坏。特别在母线输送达到几千安培的电流转换断路器时会出现该问题。

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种电断路器，其包括一第一触头，其沿轴向相对于一固定第二触头移动且与其相配合以建立电连接，及一杆，其沿所述轴向延伸并被驱动以使移动触头相对于固定触头移动，其特征在于：移动触头为一空心管，其具有一朝向固定触头的第一端及一与第一端相对的第二端，所述断路器包括一可在移动触头内滑动的柱塞，柱塞被装配在所述杆上且具有一朝向固定触头的第一端及一与第一端相对的第二端，一第一弹簧被设置在移动触头的第一端和柱塞的第一端之间，一第二弹簧被设置在移动触头第二端和柱塞第二端之间，设置一第一锁紧系统以在闭合断路器的操作期间，沿轴向锁定移动触头，同时第一弹簧在柱塞和移动触头的第一端之间被压缩，在以一定量压缩第一弹簧之后，所述第一锁紧系统收缩，以使移动触头在第一弹簧释放的作用下与固定触头连接，且设置一第二锁紧系统，以在断开操作期间防止移动触头沿轴向移动，同时，第二弹簧在柱塞和移动触头的第二端之间被压缩，在以一定量压缩第二弹簧后，所述第二锁紧系统收缩，以便移动触头在第二弹簧释放的作用下与固定触头分离。

本发明的装置能够以高速转换高压，同时能够使大电流通过。

通过阅读下面对附图所示的本发明断路器中一实施例的描述将会更好地理解其它特点和优点。

图1a-1e为描述在电连接闭合期间，本发明断路器的操作视图。

图2a-e为描述在电连接断开期间，本发明断路器的操作视图。

图3为一纵向剖面图，其描述了本发明一个实施例的详细结构，其中，驱动杆为一蜗杆。

图4为一纵向剖面图，其描述了本发明一个实施例的详细结构，其中，固定触头装配有电阻器。

本发明的电断路器为一种高压断路器，其包括一圆柱形金属壳体(图中未示出)，该壳体沿轴向A延伸并填充有如SF₆这样的气体，壳体包括一被固定且例如为空心的触头1，及一可相对于被固定触头沿轴向移动的触头2。例如，所述移动触头为杆状，并与固定触头1轴向对准，且被插入空心固定触头以建立电连接。

所述断路器还具有一轴向与触头1和2对准的杆3，其沿轴向A延申并适于被驱动以相对于触头1移动触头2。

在图1和2中，由环绕驱动杆3同轴设置的一固定管4导引移动触头2沿轴向移动。

根据本发明，移动触头2为一空心圆柱形管，其具有一朝向固定触头1的第一端2A及一与端2A相对的第二端2B，且其具有一从该处穿过的驱动杆3。一柱塞5可滑动地装配在触头2的内侧；其具有一朝向触头1的第一端5A及一与端5A相对的第二端5B。

在图1和2中，柱塞5被固定于在触头2内滑动的杆3的端部。参照附图3如下文所述，杆3可为蜗杆，在这种情况下柱塞5可为螺母。

一第一弹簧6，如螺旋弹簧被置于触头2的第一端2A和柱塞的第一端5A之间。一第二弹簧7，如螺旋弹簧被置于触头2的第二端2B和柱塞的第二端5B之间。

杆3的另一端与断路器的控制装置(未示出)相连，其在这种情况下沿轴向A移动杆3。特别是在闭合断路器的操作中，控制装置驱动杆3以使柱塞5朝固定触头1移动，且在断开断路器的操作期间，控制装置驱动杆3以使柱塞5以相反方向移动。

断路器还具有一第一收放球型锁紧系统8，其在闭合断路器的操作期间驱动杆3时，能防止触头2沿轴向移动，且同时第一弹簧6在柱塞和触头2的端部2A之间被压缩。在以一定量压缩第一弹簧6后，该第一锁紧系统收缩，以便随后通过弹簧6释放同时抵靠柱塞5的作用，触头2高速连接触头1。

断路器还具有一第二锁紧系统9，其在断开断路器操作期间驱动杆3时，能防止触头2沿轴向移动，同时弹簧7在柱塞5和触头2的第二端2B之间被压缩。在以一定量压缩弹簧7后，该第二锁紧系统收缩，以便随后触头2通过弹簧7释放同时抵靠柱塞5的作用而高速连接触头1。

本发明断路器的操作如下文所述，其中，图1a-1e描述了闭合操作，图2a-2e描述了断开操作。

在图1a中，本发明的断路器处于其完全的断开位置处。弹簧7在柱塞5和触头2的端部2B之间被压缩。弹簧6在触头2的端部2A和柱塞5之间完全释放。通过嵌入该壳体的收放球型锁紧系统8防止了触头2在导引管4内部沿轴向A的移动。

在图1b中，杆3如柱塞5上箭头所示朝固定触头1平移；杆沿该方向驱动柱塞5，从而通过柱塞5将弹簧6抵压在触头2的端部2A，同时弹簧7被释放。

在图1c中，在柱塞5在触头2内移动一定距离后，进而在弹簧6具有一定压缩量后，球型锁紧系统8收缩，从而释放触头2在管4内部移动。

在图1d中，通过弹簧6在柱塞5和触头2的端部2A之间释放所产生的驱动作用，触头2高速进入固定触头1中。柱塞5继续移向固定触头1且接合第二球型锁紧系统9以防止触头2在导管4内沿轴向A运动。

在图1e中，柱塞5继续移向固定触头1，从而弹簧6在柱塞5和触头2的端部2A之间被压缩。由于杆3及柱塞5在弹簧6被压缩前已被移动，从而处于以机械方式迫使移动触头嵌入固定触头的位置，因此可靠地保证了断路器处于其完全闭合的位置。

在这一闭合操作期间，移动触头2不受驱动杆3和柱塞5的约束而被移动。因此，驱动杆3和柱塞5的移动速度远远低于移动触头2的移动速度。另外，驱动杆3及柱塞5的移动速度与移动触头2的移动速度不同，其是恒定的。通过测定柱塞5和杆3的极限位置，能够监控闭合断路器操作的结束。

在图2a中，断路器处于其相应于图1e所示位置的完全闭合的位置。由于锁紧系统9被接合，因而防止了触头2在导管4内沿轴向A移动。

在图2b中，如柱塞5上箭头所示，杆3以远离固定触头1的方向平移；其以通过柱塞5使弹簧7压抵在触头2端部2B的相同方向使柱塞5移动，同时弹簧6被释放。

在图2c中，柱塞5在触头2内被移动一定距离后，从而将一定压缩量存储在弹簧7内后，球型锁紧系统9收缩，从而释放触头2以便其能在管4内移动。

在图2d中，通过柱塞5和触头2端部2B间松弛的弹簧7所产生的驱动作用，触头2高速与固定触头1分离。同时，柱塞5继续远离固定触头1且接合第一球型锁紧系统8以防止触头2在导管4内沿轴向A运动。

在图2e中，柱塞5继续远离固定触头1，从而压缩柱塞5和触头2端部2B间的弹簧7。由于杆3及柱塞5在弹簧7被压缩前被移动，即它们处于移动触头必须与固定触头机械分离的位置，因此确保了断路器处于其完全断开的位置。

在断开断路器的这一操作期间，在不受驱动杆3和柱塞5约束的情况下，再次移动移动触头2。通过测定柱塞5和杆3的极限位置能再次检测断路器断开操作的结束。

图3为-包括轴A的纵向剖面图，其更详细地描述了本发明断路器的一个实施例。在该实施例中，驱动杆3为在轴A上转动的蜗杆3。柱塞5为一与蜗杆3啮合的螺母。根据蜗杆3的转动方向，不作转动的螺母5沿轴A的一个方向或另一个方向在移动触头2内平移。在螺母5的相应侧设有螺旋弹簧6和螺旋弹簧7。图3描述了断路器处于其完全断开的位置，弹簧7在螺母5和移动触头2的端部2B之间被压缩。

-圆柱形滑块10被与螺母5同轴地设置在触头2内部。该滑块在螺母5上方滑动且作用于容纳在触头2中径向孔11内的锁紧系统的伸缩式球体8和9上。更特别的是，滑块由可沿轴A独立移动的两个半滑块10A和10B构成。

半滑块10A具有一径向端缘12A，在朝固定触头1移动期间，螺母5紧靠在该端缘12A上。半滑块10B也具有一径向端缘12B，当远离固定触头1时，螺母5紧靠在该端缘12B上。另外，一螺旋弹簧13被设置在半滑块10A的端缘12A和一设置在触头2端部2A的台肩2AA之间，且另一螺旋弹簧14被设置在半滑块10B的端缘12B和一设置在触头2端部2B的台肩2BB之间。当螺母5轴向位于端缘12A和12B之间时，这些弹簧13和14起到了复原半滑块10A和10B的作用。

如图3所示，导管4具有球体8能嵌入的第一凹槽15，及球体9能嵌入的第二凹槽16。这两个凹槽15和16沿轴向A彼此分离。另外，半滑块10A具有球体8能缩入的第一凹槽17，且半滑块10B具有球体9能缩入的第二凹槽18。这两个凹槽17和18沿轴向A彼此分离。

当使球体8嵌入管4的凹槽15内时，其锁定了触头2沿轴向A的移动，且在断路器闭合期间，当由螺母5推动半滑块10A的端缘12A时，球体8进入具有其能缩入的凹槽17的寄存器内，以便释放移动触头2而使其运动。同样，当球体9嵌入管4的凹槽16内时，其锁定了触头2沿轴向A的运动，且当在断路器断开期间由螺母5推动半滑块10B端缘12B时，球体9进入具有其能缩入的凹槽18的寄存器内，以便释放移动触头2而使其运动。

在图3中，球体8嵌入导管4的凹槽15内，同时球体9缩入半滑块10B的槽18内。该断路器的这一结构对应于图1a所示的结构。

当在闭合操作期间使螺母5朝触头1移动时，螺母5紧靠在半滑块10A的径向端缘12A并移动半滑块12A使凹槽17进入带有球体8的寄存器中，以使所述球体收缩。断路器的这一位置对应于图1c所示的位置。另外，当球体9进入具有凹槽16的寄存器时，复位弹簧14推动半滑块10B，从而使球体9嵌入凹槽16及凹槽18内以越过球体9的位置，从而锁定触头2和导管4。断路器的这一位置对应于图1d所示的位置。

由断路器的闭合位置开始，当螺母5远离触头1时，其紧靠在半滑块10B的端缘12B上并移动半滑块10B，以使槽18进入带有球体9的寄存器中，从而能使所述球体缩回。断路器的这一位置对应于图2c所示的位置。另外，当球体8进入具有凹槽15的寄存器时，复位弹簧13推动半滑块10A，从而使球体8嵌入凹槽15及凹槽17内，以越过球体8的位置，从而相对于导管4锁定触头2。断路器的这一位置对应于图2d所示的位置。

如图4所示，在本发明断路器的一个最佳实施例中，固定触头1’设有电阻R，该电阻器能作为一种特别有效的设备以使断路器在电容性电流下进行转换期间，保护连接的设备不会产生非常高频率的线路瞬时变化。为了引导电弧20，固定触头1’包括一弧触头或帽21，其直接且仅与电阻器R相连。所述帽具有一能产生电晕防护效应的弧线角度，且所述帽的内径略大于移动触头2直径，以使移动触头不会触及所述帽。当在移动触头2的端部2A和帽21之间触发电弧20时，电弧全部被引至电阻器R，且电流i通过所述电阻器，以便消除朝向通常与一母线相连的导线23的电流。因此，在由永久性触头22形成连接之前，电弧20由帽21导引。

另外，为了在不冒熔化触头危险的情况下，能够确保较高母线传送电流的转换，永久性触头22通常沿其对称轴装有一伸缩式弧触头24，该触头由与一弹簧相连的导电杆构成。仍如图3中固定触头1所示，所述杆为由对热不敏感的材料构成且在由移动触头2推动所述杆时，其能维持较高电流。另外，通过移动触头之后的很短时间内与永久性触头22接触可限制所产生的热量。

Claims (5)

1、一种电断路器，其包括-第一触头(2)，所述第一触头沿轴向(A)相对于一第二触头(1)移动且与其相配合以建立电连接，所述第二触头沿所述轴向固定，及一杆(3)，所述杆沿所述轴向延伸并被驱动以使移动触头相对于固定触头移动，其特征在于：所述移动触头为一空心管，其具有一朝向所述固定触头的第一端(2A)及一与所述第一端相对的第二端(2B)，所述电断路器包括一可在所述移动触头内滑动的柱塞(5)，所述柱塞(5)被装配在所述杆(3)上且具有一朝向所述固定触头的第一端及一与所述第一端相对的第二端，一第一弹簧(6)被设置在移动触头第一端和所述柱塞的第一端之间，一第二弹簧(7)被设置在所述移动触头第二端和所述柱塞第二端之间，设置一第一锁紧系统(8)以在闭合断路器的操作期间，沿轴向锁定所述移动触头，同时所述第一弹簧在所述柱塞和所述移动触头的第一端之间被压缩，在以预定量压缩所述第一弹簧之后，所述第一锁紧系统收缩，以便所述移动触头在第一弹簧释放的作用下与所述固定触头连接，且设置-第二锁紧系统(9)，以在断开操作期间防止所述移动触头沿轴向移动，同时，所述第二弹簧在所述柱塞和所述移动触头的第二端之间被压缩，在第二弹簧以一定量被压缩后，所述第二锁紧系统收缩，以便所述移动触头在第二弹簧释放的作用下与所述固定触头分离。

2、根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：所述第一和第二锁紧系统为伸缩式球体。

3、根据权利要求1或2所述的断路器，其特征在于：所述驱动杆为一蜗杆且所述柱塞为一与所述蜗杆啮合的螺母。

4、根据权利要求1或2所述的断路器，其特征在于：所述驱动杆被平移驱动且所述柱塞被固定至所述杆的一端。

5、根据权利要求1-4中任一条所述的断路器，其特征在于：所述固定触头包括一永久性触头(22)及一与电阻器相连的弧触头(21)，其中当所述移动触头移入接触时，触发电弧(22)产生的电流全部通过所述电阻器。

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