CN1341267A - 具有环状绝缘体的真空开关室 - Google Patents

Abstract

所述新型真空开关室用于低压领域中的断路器并由于具有更小结构高度的紧凑结构形状和高的断流容量而与众不同。真空开关室的外壳由一个板状电流接线端子(21)、一个包围扁平螺旋触点(6,7)的圆柱形壳体部件(3)、一个环状绝缘体(4)和一个带有中心设置的导电接线柱(2)的膜片(5)所组成。

Description

具有环状绝缘体的真空开关室

本发明涉及电气结构部件领域并应用于真空开关室的结构设计，真空开关室的壳体具有两个帽形金属部件和一个环状绝缘体并规定用于低交流电压领域(1000V以下)内的通断。

在这类已公知的真空开关室中，两个由铜材制成的帽形金属部件在管状壳体壁的端部分别通过相切钎焊(Schneidenloetung)与环状绝缘体真空密封地连接。其中的一个帽形金属部件构成用于静触头和可轴向移动的动触头的实际开关室。为了使这个已知的真空开关室在具有尽可能小的轴向和径向尺寸的情况下能可靠接通50至100kA的短路电流，一个波纹管以其直接靠近动触头的一端钎焊在动触头的触点接线柱上并由环状绝缘体同心地包围；同时一个帽形护板在动触头底部保护波纹管免受电负荷。--这个开关管对于保护由环状绝缘体所构成的内部绝缘间隙没有专门的屏蔽，因为环状绝缘体相对较宽的端面背朝接触区。-这个已知的真空开关室的电流接线端子与通常所见一样由接线柱构成，接线柱轴向透穿各帽形金属部件。-另外这两个触头由罐形触头构成；当然其它已知的触点形式也在考虑之内(DE4422316A1)。-另一种已知的触点形式例如为所谓的螺旋触点(英文为：spiral petalcontacts)，它带有特别扁平的板状接触电极，该电极配有从外周向中间延伸的缝隙。这些缝隙可以分别由直线段和穿透触点表面的孔所组成(EP0532513B1)。

作为用于低压接触器的开关元件已知有真空开关管，其中，波纹管构成壳体外表面的一部分并且一方面与动接触销的电流接线端子钎焊，而另一方面其端面又与一个短的管状绝缘体真空密封地钎焊(DE3709585C2)。同时，该波纹管不仅与绝缘体而且还与动接触销的电流接线端子通过相切钎焊连接(DE19510850C1)。

此外用于直流电解电池旁路运行的真空开关是已知的，该开关在4V开关电压的情况下要接通4000A电流，并且其中的圆柱形触点要放进平面导电的端面板，以便实现开关与电连接母线的连接。在此每个触点通过一个波纹形的片状膜片与一个相对于触头间距同心设置的绝缘环真空密封地钎焊。在这种情况下，在借助于一个轴向环状法兰以相切钎焊方式实现的在膜片与绝缘环之间的钎焊连接中，还加入构成屏蔽的短管部件所用的夹固件(US4,216,360，A，DE2944286A)。

此外，在作为低压真空接触器来用的真空开关中，已公知，也可采用膜片代替波纹管作为弹性的、允许动触头运动的开关室封闭部件，该膜片配有两个深的、同心设置的波纹。在膜片中间的平坦部位内，有两个横分动触头电流接线柱的部分与膜片的这个部位钎焊(DE2705092A1)。

由具有权利要求1(DE4422316A1)前序部分所述特征的真空开关室出发，本发明的目的在于，进一步缩小已知的真空开关室的结构尺寸，并同时提高断流容量。

本发明的目的这样来实现，即，静触头的电流接线端子由接线板构成，包围两个触头的金属部件具有管状结构并在端面与接线板连接，而弹性的金属隔板由配有同心波纹的片状膜片组成，该膜片一方面与由接线柱构成的动触头电流接线端子钎焊，另一方面通过一个轴向延伸的环状法兰与环状绝缘体钎焊。

真空开关室的这种结构将导致一个与传统的真空开关管相比结构高度明显减小的扁平结构形式。在此有助于这种扁平结构形成的是，一方面由接线板这一电流接线端子结构代替目前常用的圆柱形接线柱，其中接线板同时构成圆柱形开关室的端面盖板。另一方面采用波形的膜片来代替通常的波纹管。

对于使用于低压交流电网的真空开关室膜片的这一非常规应用，为了保证在闭合行程为3至5mm时有所需的通断频率(至少10000次)，需要对膜片的波纹数和深度进行适当的选择。为此按照本发明的另一个结构设计，当膜片壁厚在0.1至0.2mm之间且其波纹辐度大约为闭合行程的一半时，该膜片所具有的全部波纹数Z应大于等于1+膜片外径D_A减去电流接线端子直径D_B的差值乘以膜片壁厚s后再开三次方后的整数值，但是至少应大于等于3，其中，各尺寸单位为mn。上述的边界条件用数学公式表示为：

Z≥1+取整数(³√[(D_A-D_B)^*s])，至少为3。

对于这样的膜片结构，波纹可以这样选择，即，使其曲率半径大约等于闭合行程，并使各波腹相当于一段圆周角大约为90°的圆弧。但所述波纹也可以呈具有直线前缘的正弦波形。

对于该新型开关室的其它结构设计可以考虑采用德国专利申请19802893.8中的一些建议性措施。例如可由螺旋触点、尤其是扁平螺旋触点来构成触头，由此可更加明显地凸显出新型真空开关室的扁平结构形状。此外采用螺旋触点还可更好地导引电弧，由此实现更大的断流容量。当采用90mm直径的扁平螺旋触点时可以接通高达130kA的短路电流。-此外，与螺旋触点的直径大小无关地，可以在动触头与从属的电流接线柱之间设置一个片状防汽片，该防汽片例如由铬镍钢制成并且在小断流容量的真空开关室中必要时也可用于对厚度减小了的可动螺旋触头进行机械强化。

在真空开关室的这种新型结构中，还能够将静触头直接连接在从属的板状电流接线端子上，由此在对于动触头采用大直径接线柱时能够保证有最佳的散热。这一整体上紧凑的结构形式省去了一个专门用于动触头接线柱的导向装置，例如就象目前在断路开关的真空开关管中通常所采用的那样一种塑料套筒。由此能够使真空开关室承受更高的热负荷。

此外真空开关室的新型结构能够使所有的零件-除了环状绝缘体以外-自动对中地构造，所有零件由此可在一个仅有的加工工序中(封闭钎焊)相互钎焊在一起，无需采用昂贵而奢侈的钎焊模具。为此推荐，静触头通过一个短的定心支撑与板状电流接线端子连接，而动触头通过触点接线柱与波形膜片对中地连接。

包围两个触头-尤其是扁平螺旋触点-的管状部件的形状取决于所设定的断流容量。对于约40至60kA的小断流容量，这个部件可以由空心圆柱体构成。对于较大断流容量，亦即对于较大触点直径，则推荐管状部件在朝向环状绝缘体的端部具有锥形收缩；这样可以使用其直径明显小于螺旋触点直径的绝缘体和波形膜片。-与优选由铜材制成的管状部件的造型无关地，管状部件可以在断路间隔区域的内壁上配备一耐电弧衬层，例如通过采用由铬铜复合材料制成的薄板件或者通过电镀来涂覆铬层。

可以以公知的方法通过对在波形膜片与壳体管状部件之间的绝缘环的横截面轮廓的相应结构造型，省去设置防止金属蒸汽颗粒沉积的屏蔽装置。如果绝缘环只满足绝缘功能，则管状金属部件可以具有一个起到蒸汽屏蔽作用的附件，如同在已有的德国专利申请19826766.5中所建议的那样。在金属部件的这种双重功能情况下，由从属于壳体的部位到作为蒸汽屏蔽部位的过渡区域被构造成波浪形，使金属部件仅以直线接触绝缘环的端面并由此在这个部位能够实现相切钎焊。

新型开关室的两个实施例在图1和图2中示出，附图中：

图1为开关室的横截面图；

图2为板状电流接线端子的俯视图。

在图示的真空开关室中，壳体由一个起到电流接线端子作用的铜制上金属板1、一个对接钎焊在上金属板上的铜制空心圆柱形壳体部件3、一个环状绝缘体4、一个与环状绝缘体4同轴设置的波形膜片5和一个圆柱形电流接线柱2所组成。其中环状绝缘体4具有与DE4422316A1中的绝缘体一样的形状，亦即在横截面上近似为正方形以及带有一个斜面和一个侧凹咬边(Hinterschneidung)。在壳体内部设置一个固定的扁平螺旋触点6和一个移动的扁平螺旋触点7。螺旋触点6通过一个短的中心支撑61与接线板1连接，中心支撑嵌接在螺旋触点的中心孔里面。螺旋触点7位于中心的、起到电流收缩作用的电流接线柱2的轴肩21上。电流接线柱2在其另一个端部的中心轴肩22处与波形膜片5钎焊。膜片5通过轴向延伸的环形法兰51与绝缘体4钎焊。这个环形法兰51可以与膜片为一体构造。--在动螺旋触点7与电流接线柱2之间还设置有一个由机械上坚固的材料如铬镍钢制成的扁片状防汽片9。这个防汽片9用于遮蔽环状绝缘体4，以防止螺旋触点6和7在开关通断过程中释放出的金属颗粒碰到绝缘体。

这样来选择对真空开关室的构造，即，使所有零件能够在唯一的一次钎焊过程中相互钎焊起来。为此所需的排气缝可以通过现有技术已知的措施设置在环状绝缘体4与空心圆柱形壳体壁件3之间的拼接处。

在图1中，对于设置在板状电流接线端子1与环状绝缘体4之间的管状金属部件示出了两个不同的实施例。在图的左半部分示出一管状部件3作为壳体壁件，该壳体壁件以其端部一方面与金属板1钎焊另一方面与环状绝缘体4的端面钎焊；在图1的右半部分则示出壳体部件31与屏蔽件32构成一个整体并且在从壳体部件到屏蔽件的过渡部位则稍呈弯曲状。另外在图形右半部分还示出一个绝缘环41，它具有简单的、矩形截面。-此外在图1中示出了两个不同的用于波形膜片5与电流接线柱2相连接的实施形式。在图1的左半部分中示出在电流接线柱2的圆周上进行相切钎焊，而在图的右半部分中则示出波形膜片52与电流接线柱2钎焊在中心轴肩处。此外在左半图中示出设有一个与膜片焊接在一起的环状法兰51，而在右半图中则示出环状法兰与膜片为一体结构成形。

图2示出在图1所示真空开关室中起到电流接线端子作用的接线板1的俯视图。通过扁平接线板1的矩形或正方形造型为通孔11留出足够的空间，该通孔用于将电流接线端子固定在相应的一个开关设备的相关部件上。

图1所示膜片例如可以具有下列尺寸：

外径D_A：77mm

内径(电流接线端子的外径)D_B：25mm

壁厚s：0.2mm

波幅(波峰与波谷之间的距离)t：2mm

波纹的数量：Z≥3

Claims (3)

1.一种用于在低压领域通断短路电流的真空开关室，它

由分别带有电流接线端子的静触头和相对于静触头可轴向移动的动触头以及将触头封闭包括在内的一个壳体组成，

其中，动触头的电流接线端子由圆柱形接线柱构成，

而壳体具有一些刚性的金属部件、一个环状绝缘体和一个弹性的、气密的金属隔板，

这些壳体部件相互匹配并与触头的电流接线端子气密地连接，

而刚性金属部件中的其中一个不仅包围静触头而且也包围动触头，

其特征在于，所述静触头(6)的电流接线端子由接线板(1)构成，所述包围两个触头(6，7)的金属部件(3)具有管状结构并在端面与接线板(1)连接，所述弹性的、金属隔板由配有同心波纹的、片状膜片(5)组成，该膜片一方面与由接线柱(2)构成的动触头(7)的电流接线端子钎焊，另一方面通过一个轴向延伸的环形法兰(51)与环状绝缘体(4)钎焊在一起。

2.如权利要求1所述的真空开关室，其特征在于，所述膜片(5)在闭合行程为3至5mm时，其

-壁厚s在0.1至0.2mm之间，

-波幅t大约为闭合行程的一半，

-全部波纹数Z满足下式：

Z≥1+取整数(³√[(D_A-D_B)^*s])，但至少应大于等于3，

其中，

D_A＝膜片的外径[mm]；

D_B＝动触头电流引线接线柱的直径[mm]；

S＝膜片的厚度[mm]。

3.如权利要求1或2所述的真空开关室，其特征在于，所述触头由扁平的螺旋触点(6，7)构成。

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