CN87102413A

CN87102413A - 断弧器

Info

Publication number: CN87102413A
Application number: CN198787102413A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·斯普纳
Original assignee: NORTHERN ENGINEERINGS INDUSTRIES PLC
Current assignee: NORTHERN ENGINEERINGS INDUSTRIES PLC
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1987-03-25
Publication date: 1987-10-07
Also published as: GB2188487B; GB8607398D0; IN169227B; GB8705414D0; ZA871599B; GB2188487A; US4743719A

Abstract

断弧器有固定和可动触点(20，58)以及一个为吹弧线圈(34)所环绕的环形电极(32)。通过在电极(32)上至少装配一个突缘(38)，可使由于产生在电极(32)和线圈(34)内的磁场力而引起电极断裂的问题得到缓和和排除。当线圈(34)成为部分电弧电流通路时，铁磁物质(36)成为线圈(34)产生的部分磁路，并且支撑突缘(38)以克服变形。

Description

本发明同断弧器有关。

为了协助熄灭工作于绝缘流体，例如工作于受压的六氟化硫（SF₆）气体的断弧器的电弧，建议使电弧围绕一条轴线旋转。这些断弧器的例子在联合王国专利申请公布2038100A，2044538A，2052160A和2092385A以及联合王国专利21195738B中都有描述。一般说来，这些断弧器都有固定和可动触点，一个环形的燃弧电极以及一个和电极串联连接的吹弧线圈。这些断弧器的电弧一旦完全建立，就延伸在电极和一个触点之间，并由线圈使它绕电极的中心轴线旋转。

为了避免同吹弧线圈和电弧的隔离有关的问题，最好将线圈装于电极的外部。

可是，当断弧器的额定值增加时（举例来说，如联合王国专利2119573B所描述的），发现普通的圆柱形电极容易断裂，这是由于电极中的感应电流产生的磁场增强所引起的，而电极的感应电流是由线圈产生的磁场感应所产生的，这些磁场彼此相互反向。

虽然在额定值较低的情况下，增大电极的横截面可以在某种程度上缓和这个问题;但在额定值较高的情况下，由于材料成本的提高以及电极重量和体积的增加，这就不是一个切合实际的解决办法。

通过安装径向延伸的突缘，可以提高电极的强度。某些这样的电极结构在上述已经公布的申请中已有说明。可是，在这些例子中，突缘显然是为了其它理由而安装的。例如为了形成电弧通道或保护线圈端头免受电弧损坏（电弧最初是在紧靠线圈端头的周围触发的）。

可是，发现电极会变形，这是由于线圈产生的磁场在电极中产生感应电流，而由感应电流在突缘部分产生磁场，以反抗线圈产生的磁场。

本发明的目的是提供一种断弧器，以减少和排除上述的问题。

根据本发明，一个断弧器包括固定和可动触点;一个至少有一个突缘的固定电极;被环形间隙分隔的、由一个上述触点和上述电极分别构成的第一和第二共轴燃弧表面，上述第一燃弧表面比上述第二燃弧表面更接近上述燃弧表面的公共轴线;一个吹弧线圈围绕上述电极，上述线圈和上述燃弧表面共轴线并且其中一个端头和上述电极电连接，因此至少在主电流通路断开过程中的较迟一段时间，上述线圈和燃弧表面串联，而且包含在电弧电流通路内，主电流通路由处于闭合位置的上述触点和铁磁物质所形成，当上述线圈成为一部分上述电弧电流通路时，铁磁物质构成上述线圈所产生的部分磁路，上述铁磁物质装成使得能支持上述电极的上述突缘以克服形变。

最好将上述可动触点装成绕一条枢轴线在闭合位置和断开位置之间作角运动。

最好由上述固定触点提供上述第一燃弧表面，处于闭合位置时，上述可动触点从上述枢轴线伸向上述公共轴线并与上述固定触点接合;而处于断开位置时，上述可动触点和上述固定触点分离，并且使上述触点之间的最短距离大于上述间隙。

在一个本发明最佳的实施例中，上述电极包括一个管身，在其靠近上述触点的一端有一个向外扩展的第一突缘，在其另一端，有一个向内扩展的第二突缘;含有一个圆柱部分的上述铁磁物质，其圆柱部分有一个和上述电极的上述第一突缘相固定的向内扩展的突缘。最好用从外周边基本上伸越上述第一突缘整个宽度的径向槽将上述电极的第一突缘分隔，上述径向槽和从内周边伸越上述铁磁物质突缘宽度的对应的径向槽对齐。

在第二个本发明最佳的实施例中，上述电极包括一个每一端有一个向外扩展的突缘的管身，上述铁磁物质由弧形零件组成，弧形零件围绕上述电极的周边安装并有向内扩展的突缘，上述电极的上述突缘以套叠的关系位于弧形另件的向内扩展的突缘之间，从而被支承在该处。相邻的弧形零件最好用在周围方向伸展的间隙隔开。

本发明包括一个电气开关，此电开关至少含有一个根据本发明的断弧器。

现仅通过实例参照附图介绍电气开关来说明本发明，附图中：

图1是穿过本发明断弧器第一个实施例的固定触点的示意纵向剖面图。

图2是图1所示固定电极按照图1中箭头Ⅱ的方向的一个视图，图的左右两半表示两种型式的断弧器。

图3是和图1相似的本发明断弧器的第二个实施例的一个视图，但只作局部剖视并省略固定和可动触点;和

图4是按照图3中箭头Ⅳ的方向的一个视图。

该电气开关（见图1和图2）具有联合王国专利2119573B中所叙述和提出权利要求的型式，有关这些开关的构造的细节应该参考那个文献。

可是，简单地说，开关有一个例如限定密闭盒的金属制成的外壳10，该密闭盒充以绝缘介质，例如定压的SF₆气体。套管12使铜主导体14绝缘，并能以密封的形式穿过外壳10。第二主导体（图中未予表示）相对于外壳10类似地装在远离导体14的地方。两个主导体载有一相通过开关供给的电流。

断弧器16在两个主导体之间形成部分可切断的主电流通路。导体14和断弧器16对于公共轴线18相互共轴。

断弧器有一个形成在导体14的端部和轴线18共轴的固定触点20。固定触点20有第一圆柱体部分22，其上切去一块留下槽24。第二鼓形部分26弹性地装在圆柱部分22上（图中未予示出）。因此，位于槽24内的可动触点58受压而和22，26部分接合。部分26有一个和轴线18共轴的第一燃弧表面28。

通过绝缘的固定件（图中未予示出），将定位组件30固定到外壳10上。组件30包括一个用铜制成的管状燃弧电极32，电极32和轴线18共轴安装，并被吹弧线圈34所包围，而且和线圈34的一个端头电连接（图中未予示出）。线圈34的另一个端头（图中未予示出）和第二主导体电连接。为了提高线圈34对电弧的效力，特别是在低电流时，将铁磁物质36，例如软钢，配置在线圈34的周围。

电极32为平截头圆锥体形，靠近触点20，58的那一端，有一个向外扩展的突缘38，其另一端，有一个向内扩展的突缘40。和普通的圆柱电极比较，电极32连同突缘38，40的形状增强了电极22抵抗易于使电极径向向内断裂的作用力的能力。在电弧阻断的过程中，由于流经线圈34的燃弧电流产生的磁场在电极中感生一个相反的电流，而这个电流产生一个反抗线圈磁场的磁场，结果出现这些作用力。

感应电流产生于电极32的突缘38，40以及电极32的轴向范围内。由于突缘38接近线圈34的端部和加强磁场的铁磁物质36，感应电流所产生的磁场对它的影响特别大。当大电流时，反抗磁场的强度足以使突缘38变形。

为了支持突缘38以反抗那些作用力，铁磁物质36做成具有一个向内扩展突缘44的圆柱形状42，突缘44在46处凹下用来容纳突缘38。突缘38用螺栓或者其它方法在48处和突缘44固定，并由此得到支持，以克服反抗磁场的作用。

铁磁物质36也包括一块环形板50，并由螺栓固定于圆柱42。虽然，由于电极32的突缘40远离线圈34的端部，不易引起变形，但必要时，（尤其是如果要增强铁磁物质36的作用时），也可能要支撑突缘40。所以板50的径向范围要扩大到一定限度，而且加工成使得能容纳突缘40并用螺栓将它和板50固定。修改后板50的外形图在图1中52处以虚线表示。

圆柱42和板50也将线圈34支承在适当的位置，利用绝缘材料54，使得线圈34同电极32和铁磁物质36绝缘。

电极32有一个内表面，它形成一个和轴线18共轴的并和燃弧表面28留有间隔且基本上相对于燃弧表面28定位的第二燃弧表面56，使得在燃弧表面28和56之间形成一个环形间隙。

一个可动触点58装于接近组件30处。

触点58是由铜制成的，如沿轴线18去看，它具有弓弧形状。触点58通过枢轴体62安装成绕平行于轴线18的枢轴线60作角运动，枢轴体62通过从铁磁物质36的圆柱42伸出，但和圆柱42电绝缘的（图中未示出）突缘64装在组件30上。枢轴体62的下端通过杆66和第二主导体电连接。例如：

通过机械装置（图中未示出），可动触点58能在闭合位置（见图1）和断开位置之间作角运动。在闭合位置，触点58从枢轴线60伸向轴线18，并接通固定触点20;在断开位置，触点58和固定触点20之间的最短距离大于燃弧表面28和56之间的间隙。

所示的断弧器16处在闭合位置。主电流通路流经主导体14、固定触点20、可动触点58、枢轴体62、杆66和第二主导体。

启动操作装置使可动触点58移向断开位置。当触点58和触头20分离时，在触点20和58之间触发电弧。当触点58越过电极32时，将电弧转移到电极32，而电极32将吹弧线圈34引入电弧电流通路，线圈产生的磁场引起电弧围绕轴线18旋转。

电流恰好为零时将电弧熄灭。

操作装置的反向操动使断弧器闭合，也就是使触点58返回其闭合位置。

参照图1和图2所描述的开关，其标称额定值为12千伏（KV），1.25千安（KA）而故障额定值为25KA。

为了进一步增加开关额定值，在改良时，使电极32的突缘38具有基本上伸过突缘38整个宽度的径向间隔槽68;而突缘44和圆柱体42有相对应的部分地伸越其宽度的槽70，槽70和槽68相互对齐（见图2左半部分）。槽68，70使得环状循环的感应电流断开，因而减小了反抗线圈磁场的磁场强度。必要时，也可在突缘40和板50上（如52处所示）配置类似的槽。

参考图3和图4，由于开关和断弧器116的其余部分和图1和图2所示的结构相类似，故只展示出断弧器116的固定组件130。除了含有首标“1”外，和断弧器16的零件相类似的断弧器116的零件给予相同的参考数码。

组件130有一个用铜制成的管形电弧电极132，它装成与断弧器116的轴线118共轴并有一个内燃弧表面156。电极132有两个向外扩展的突缘138，140，二者之间固定着一个吹弧线圈134。用绝缘材料154将线圈134和电极132隔开。线圈134的一个端头135A和电极132电连接，另一个端头135B和第二主导体电连接。

可动触点的枢轴体是和固定组件130分开的，因而没有示出。

铁磁物质136做成弧形的零件137，零件137围绕电极132的周边安装并由固定带139卡紧。零件137各有向内扩展的突缘141，143，电极132的突缘138，140以套叠的关系位于突缘141，143之间，从而被支承在该处。突缘138，140各自有平截头圆锥形的外表面145，147，并嵌入零件137突缘的辅助表面。相邻的零件137之间用径向缺口149隔开，从而减少零件137中环形感应电流的影响。

在一种改良方案中（图中未予示出），电极的突缘138，140具有径向槽，零件137装成使缺口149和槽对齐。

一般说来，具有根据本发明的断弧器的开关，其标称额定值可以达到36KV，2KA而故障额定值可达到40KA。

Claims

1、一个断弧器(16∶116)，包括固定和可动触点(20，58)、一个固定电极(32∶132)、第一和第二共轴燃弧表面(28，56∶156)和一个吹弧线圈，第一和第二共轴燃弧表面(28，56∶156)分别由一个上述触点(20，58)和上述电极(32∶132)提供，并被环形间隙所隔开，上述第一燃弧表面(28)比上述第二燃弧表面(56∶156)更靠近上述燃弧表面(28，56∶156)的公共轴线(18)，一个吹弧线圈(34∶134)围绕上述电极(32∶132)，上述线圈(34∶134)和上述燃弧表面(28，56∶156)共轴线，其一个端头和上述电极(32∶132)电连接；因而至少在主电流通路断开过程中的较迟一段时间，上述线圈(34∶134)和燃弧表面(28，56∶156)串联，而且包含在电弧电流通路内，主电流通路由处于闭合位置的上述触点(20，58)和铁磁物质(36∶136)所形成，当上述线圈(34∶134)成为一部分上述电弧电流通路时，铁磁物质(36∶136)构成上述线圈(34∶134)所产生的部分磁路；其特征在于上述电极(32∶132)至少有一个由上述铁磁物质(36∶136)支承以克服变形的突缘(38，40∶138，140)。

2、根据权利要求1的一个断弧器，其特征在于：上述可动触点（58）装成绕一枢轴线（60）在上述闭合和断开位置之间作角运动。

3、根据权利要求2的一个断弧器，其特征在于：上述第一燃弧表面（28）由上述固定触点（20）提供，当处于上述闭合位置时，上述可动触点（58）从上述轴线延伸出去并接通上述固定触点（20）;当处于上述断开位置时，上述可动触点（58）和上述固定触点（20）分离，而且上述触点（20，58）之间的最短距离大于上述间隙。

4、根据权利要求2的一个断弧器，其特征在于：上述枢轴线（60）和上述公共轴线（18）平行。

5、根据权利要求2的一个断弧器，其特征在于上述可动触点（58）垂直于上述枢轴线（60）。

6、根据权利要求1的一个断弧器，其特征在于：上述电极（32）由一个管状体组成，其靠近上述触点（20，58）的一端，有一个第一向外扩展突缘（38），其另一端，有一个第二向内扩展突缘（40），上述铁磁物质（36）包括一个圆柱（42），其向内扩展突缘（44）固定于上述电极（32）的上述第一突缘（38）。

7、根据权利要求6的一个断弧器，其特征在于：上述电极（32）的上述第一突缘（38）被从其外周边基本上伸越上述第一突缘（38）整个宽度的径向槽（68）所分隔，上述槽（68）和从内周边部分伸越铁磁物质（36）的上述突缘（44）宽度的对应的径向槽（70）相对齐。

8、根据权利要求6或7的一个断弧器，其特征在于：上述铁磁物质（36）还包括一个固定于上述电极（32）的上述第二突缘（40）的环形向内扩展部分（50，52）。

9、根据权利要求1的一个断弧器，其特征在于：上述电极（132）包括一个管状体，其每一端都有一个向外扩展的突缘（138，140），上述铁磁物质（136）由弧形零件（137）组成，弧形零件（137）围绕上述电极（132）的周边安装，并有向内扩展的突缘（141，143），上述电极（132）的上述突缘（138，140）以套叠的关系位于突缘（141，143）之间，从而被支承在该处。

10、根据权利要求9的一个断弧器，其特征在于：径向缺口（149）将零件（137）分隔开。

11、根据权利要求9的一个断弧器，其特征在于上述电极（132）的上述突缘（138，140）被从其外周边基本上伸越其整个宽度的径向槽所分隔。

12、根据权利要求10的一个断弧器，其特征在于上述电极（132）的上述突缘（138，140）被从其外周边基本上伸越其整个宽度的径向槽所分隔，上述零件（137）位于上述径向槽之间，以便相邻的零件（137）之间的上述缺口（149）和上述槽对齐。

13、一个电气开关包括一个装有绝缘介缘和导体装置（12）的外壳（10），导体装置（12）在外壳（10）内形成一个可断开的主电流通路，其特征在于上述主电流通路至少包括一个根据上述权利要求中任何一项所要求的断弧器（16∶116）。