CN1338764A - 快速动作的机械断口 - Google Patents

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Abstract

高压或中压开关的断口,包括两个静触头(1,2)、一个可旋转运动的导电桥形触头(3)和一个使桥形触头(3)产生运动的传动装置。在断口的闭合状态中,桥形触头(3)紧密配合在静触头(1,2)之间并使之短路。该传动装置由两个线圈(5,6)组成,这两个线圈围绕桥形触头(3)这样布置,即通过相应的一个线圈中的电流可使桥形触头(3)产生旋转运动。桥形触头的旋转运动所用的能量小于可比较的断口的平移运动的触头所需的能量。所以减少了断口的断开和闭合时所需的能量。

Description

快速动作的机械断口
发明领域
本发明涉及权利要求1前序部分所述的一种高压或中压开关的断口。
这种开关在高压或中压等级内作为机械的闭路器或作为电弧持续时间最多为几百微秒的机械断路器使用。
背景技术
在早些时候的欧洲专利申请号99810596.9中描述了这种断口。
高压或中压开关的断口包括两个静触头，这两个静触头呈圆柱形并同轴形成一个环形间隙。一个以接触环形式构成的桥形动触头在断口闭合状态中嵌入该环形间隙中。在该接触环的两侧，设置有电动传动的线圈，以便驱动该接触环轴向运动。
为了断开断口，电流馈入两个线圈之一中。在该接触环内引起涡流，这种涡流与该线圈内的电流方向相反。所以线圈和接触环相互推开，从而导致该接触环产生一个平移加速度并由此使断口断开。
为了闭合断口，电流馈入这两个线圈的另一个线圈中，于是该接触环重新回到起始位置，并使断口重新闭合。
发明内容
如各项权利要求所述，本发明的目的是提出一个可用很小能量就能快速断开和闭合的断口。
在断口闭合状态中，一个盘状的桥形触头使两个静触头在额定电流方向短路。该桥形触头设置成可围绕垂直于额定电流方向延伸的自身的中心轴旋转。在桥形动触头中产生为了形成一个电动旋转的接触传动的力偶所需的涡流。
桥形触头在旋转运动时所需的能量小于可比较的断口的动触头在平移运动时所需的能量。所以减少了断口断开和闭合所需的能量。
带有旋转运动的触头的断口可最佳利用电介质，因为静触头可比带平移动触头的断口时设计得圆一些。
在断路时，形成两个触头间隙，它们分别由两个串联的分支电弧中的一个分支电弧跨接。通过分支电弧的这种串联，提高了在断口的一个触头系统上不断下降的电弧电压，从而在一个可能的并联路径时又可特别快速而有效地转换。
附图说明
下面结合附图来详细说明本发明的一个实施例及其获得的优点。附图表示：
图1具有两个静触头和一个位于其间的桥形动触头的本发明断口在闭合状态下的视图；
图2在断口断开时沿图1闭合状态的断口所示剖面线II-II的断面在箭头方向内的视图；
图3图2处于断开状态的断口在断口闭合时的视图；
图4沿图3断口的静触头的剖面线IV-IV剖开的截面在箭头方向内的视图；
图5图1断口控制用的电子控制单元的示意图。
具体实施方式
在全部附图中，凡是作用相同的零件都用相同的参考符号表示。
图1所示一种高压或中压开关的本发明断口的结构型式适用于额定电流IN为10安至几千安的范围。
静触头1和2在断口闭合状态下与导电的桥形触头3一起形成额定电流IN路径。该桥形触头呈盘状并紧密配合在两个静触头之间。桥形触头3安装成可围绕垂直于额定电流方向IN的中心轴A旋转。桥形触头3用一种轻金属尤其是铝制成。静触头1和2的触点最好用优良的电接触材料例如用银制成。静触头1和2之间的距离为10毫米至几十毫米。
垂直于桥形触头3的额定电流方向的横截面由额定电流IN和桥形触头内通过的电流密度来确定。额定电流方向内的长度和两个静触头1和2的距离由运行中产生的最大电压和存在的绝缘介质来确定。在大气压力或增加压力的情况下，可能的绝缘介质为空气或SF6(六氟化硫)。
为了使桥形触头3运动，设置了一个由两个线圈5和6组成的电动传动。第一个线圈5是为断口的断开设置的，而第二个线圈6则用于断口的闭合。线圈包括桥形触头3并有若干(例如6～8)匝。
断开断口用的线圈5在中心轴A的一侧上敷设在桥形触头的下方，而在另一侧上敷设在桥形触头的上方。这两个平行于中心轴A延伸的线圈段51和52与桥形触头3没有机械连接并对该桥形触头电绝缘。为了确保用尽可能少的能量实现最佳的传动，线圈段51和52在断口的闭合状态中尽可能布置在桥形触头3的附近和面向静触头1和2的桥形触头3的端部范围内。
闭合断口用的线圈6同样在中心轴A的一侧上敷设在桥形触头的上方，而在另一侧上敷设在该桥形触头的下方。这两个平行于中心轴A延伸的线圈段61和62同样与桥形触头3没有机械连接并对该桥形触头电绝缘。为了确保用尽可能少的能量实现最佳的传动，线圈段61和62在断口的断开状态中尽可能布置在桥形触头3的附近和同样在桥形触头3的端部的范围内。
两个线圈5和6大致相对于桥形触头呈镜像对称并围绕中心轴A旋转地错开布置。线圈段51和61以及52和62大致限定桥形触头3的旋转运动范围。线圈5和6可做得很宽，使它们实际上作用到整个桥形触头上，线圈5例如可从静触头1一直伸到中心轴A。
整个断口用绝缘体7固定在一起，特别是，静触头1或2分别与桥形触头的同一侧上的线圈段51和62或52和61用一个绝缘体7固定连接。
为了控制线圈5和6，设置了一个如图5所示的电力电子控制单元9。该控制单元9主要包括一个充电装置Q，每个线圈的一个传动电容器CO和CS以及各一只晶闸管TO或TS。为了改进传动效率，也可在传动回路中各接入一只自振荡二极管DO或DS。当然，控制单元9也可用另一个更复杂的电路，这类电路可查阅上述的申请EP 99810596.9。
断口的断开过程如图2所示。桥形触头3紧密配合在静触头之间。为了触发桥形触头3的断开运动，传动电容器CO通过线圈5放电。产生的传动电流IO一般在几千赫兹频率时是一个具有几千安峰值电流的半波。从图2可以看出，传动电流在下线圈段51内向后流(IO1)，而在上线圈段52内侧向前流(IO2)。其中，在还有额定电流IN流经的桥形触头3内产生涡流，这些涡流与传动电流的方向相反。所以，由向后流的传动电流IO1在下线圈段中引起的涡流IP1向前流，而由向前流的传动电流IO2在下线圈段中引起的涡流IP2则向后流。在电流在线圈内流动的持续时间过程中，在线圈段51、52和桥形触头3之间产生斥力作用。产生的力偶FO1和FO2使桥形触头3沿顺时针方向产生旋转运动。在形成两个电弧的情况下，桥形触头3从静触头1和2分离并围绕中心轴A旋转。在旋转一定的角度后，该桥形触头通过一个机械的制动和固定装置4例如通过机械的摩擦首先制动，然后固定。所以断口达到断开的状态。转角由要达到的介质强度来确定，一般为30°～90°，最好60°左右。
为了防止在静触头1和2中产生涡流，这两个触头在面向桥形触头的范围内设置了若干个槽8。静触头1设置的槽8如图4所示。这些槽8长于传动电流的磁场渗入静触头1材料的深度。所以可避免在静触头中产生涡流。
断口的闭合过程如图3所示。桥形触头3被固定装置4固定。为了触发桥形触头3的闭合运动，传动电容器CS通过线圈6放电。产生的传动电流IS一般在几千赫兹频率时是一个具有几千安峰值电流的半波。如图3所示，该传动电流在下线圈段62中向后流(IS2)，而在上线圈段61中则向前流(IS1)。其中，在桥形触头3中又引起涡流，这些涡流与传动电流的方向相反。所以，由向后流的传动电流IS2在下线圈段中引起的涡流IT2向前流，而由向前流的传动电流IS1在下线圈段中引起的涡流IT1则向后流。在电流在线圈内流动的持续过程中，在线圈段61、62和桥线触头3之间产生斥力作用。产生的力偶FS1和FS2使桥形触头3沿反时针方向产生旋转运动。于是桥形触头3从固定装置4分离并围绕中心轴A旋转。桥形触头3一直旋转到被静触头制动和固定为止。于是，断口重新闭合，额定电流IN流经桥形触头3。

Claims (5)

1.高压或中压开关的断口，包括：
-两个静触头(1，2)，
-一个导电的桥形动触头(3)，该触头在断口闭合状态内紧密配合在静触头(1，2)之间并使之在额定电流方向(IN)短路，
-一个用来使桥形触头(3)产生运动的传动装置，该传动装置包括至少两个布置成可至少部分地限定桥形触头(3)运动范围的线圈(5，6)和一个用于线圈(5，6)馈电的电力电子控制单元(9)，
其特征为：
-静触头(1，2)大致设计并布置成相互对称于桥形触头(3)的一根中心轴(A)，该轴垂直于额定电流方向(IN)延伸；
-桥形触头(3)布置成在断口断开和闭合时可围绕中心轴(A)旋转。
2.按权利要求1的断口，其特征为，
-桥形触头(3)在额定电流方向(IN)和中心轴(A)的方向内呈板状延伸。
3.按权利要求1的断口，其特征为：
-两个线圈的第一个线圈(5)的两个对桥形触头电绝缘的、平行于中心轴(A)延伸的线圈段(51，52)在断口的闭合状态中分别相对于桥形触头(3)这样布置，即：
-布置在桥形触头的对置两端的范围内，
-在断口断开时，错开布置在桥形触头(3)对应侧上该桥形触头的相反的旋转方向；
-而第二个线圈(6)的两个对桥形触头(3)电绝缘的、平行于中心轴(A)延伸的线圈段(61，62)则在断口断开时分别相对于桥形触头(3)这样布置，即：
-布置在桥形触头对置两端的范围内，
-在断口断开时，错开布置在桥形触头(3)对应侧上该桥形触头的旋转方向内。
4.按权利要求1或2的断口，其特征为，
-在断口断开时，在限定桥形触头(3)的运动范围的线圈(6)的范围内设置了一个固定装置(4)来把桥形触头(3)固定在断口的断开状态。
5.按权利要求1至3任一项的断口，其特征为，静触头(1，2)各具有至少一个离开桥形触头(3)向额定电流方向延伸的槽(S)。
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