CN103201810B - 用于断路器装置的真空中断器 - Google Patents

Abstract

一种用于断路器装置的真空中断器，包括圆筒形的绝缘部件（1），一对电接触部件（2a、2b）同轴地布置在绝缘部件（1）内并且由绝缘部件（1）同心地围绕，其中电接触部件（2a、2b）包括用于在开始中断过程之后仅仅在相应的内部接触元件（8a、8b）之间启动中断弧的装置，并且相应的外部接触元件（9a、9b）包括用于使所述中断弧从内部接触元件（8a、8b）转向至外部接触元件（9a、9b）、直至中断过程完成的装置，其中每个内部接触元件（8a、8b）设计成用于主要产生横向磁场的TMF状接触元件，并且每个外部接触元件（9a、9b）设计成用于主要产生轴向磁场的AMF状接触元件。

Description

用于断路器装置的真空中断器

技术领域

本发明涉及一种真空中断器，特别是用于断路器装置的真空中断器，所述真空中断器包括圆筒形的绝缘部件，一对电接触部件同轴地布置在该绝缘部件内，并且被该绝缘部件同心地围绕，其中电接触部件包括用于在开始中断过程之后仅仅在相应的内部接触元件之间启动中断弧的装置，并且相应的外部接触元件包括用于使所述中断弧从内部接触元件转向至外部接触元件、直至中断过程完成的装置。另外，本发明还涉及一种中压断路器，其包括所述真空中断器中的至少一个作为插入部件。

背景技术

这种类型的真空中断器特别用于1kV至72kV的高电流水平之间的范围内的应用中的中压断路器。这些断路器在电气网络中用来中断短路电流和在困难的负载阻抗下中断负载电流。真空中断器通过在封闭的真空容器中产生电弧以及使电弧熄灭而中断电流。现代的真空断路器趋于比传统的空气断路器具有更长的寿命预期。然而，本发明不仅适用于真空断路器，还适用于具有被六氟化硫气体填充的腔室的现代的SF6断路器。另外，通过真空装置的电流中断是能够在高压水平下使用的技术中的一种。现代的真空断路器通过减小的接触行程、减小的接触速度以及小质量的移动电接触部件而大大改善了中断过程。这些电接触部件通常包括特殊的接触元件装置，这种特殊的接触元件装置正是本发明的主题。

US4,847,456公开了一种具有一对内部电接触部件的真空中断器，所述一对内部电接触部件是被外部电接触元件围绕的RMF（径向磁场）接触元件的形式。外部电接触元件并联地电连接，并且与内部电接触元件紧邻地布置。内部电接触元件中的一个安装成能够沿轴向方向移动而相应的外部电接触元件被固定地安装。相应的电接触部件的两个外部电接触元件都是AMF（轴向磁场）接触元件的形式。在中断过程期间，在内部电接触元件之间产生旋转电弧，该旋转电弧然后从内部电接触元件换向至外部电接触元件。这使得初始压缩的电弧变为在AMF状电接触元件之间燃烧的扩散物，直至熄灭。这种方案能够实现真空中断器室中的高中断速度。

WO2006/002560A1公开了一种最开始提到的类型的电接触装置和真空中断器室，其同样能够实现增大的切换速度。特别地，公开了具有高电弧燃烧电压的高短路中断性能。

用于真空中断器室的已知的接触装置具有一对外部电接触元件和RMF接触元件形式的一对内部电接触元件。外部电接触元件与内部电接触元件并联地电连接并且与内部电接触元件紧邻地布置。内部电接触元件中的至少一个安装成能够轴向移动。外部电接触元件也是RMF状接触元件的形式。内部电接触元件为盘形。内部电接触元件和外部电接触元件布置并设计成在中断过程期间在内部电接触元件之间产生的电弧能够在外部电接触元件之间完全地或者部分地换向。这种接触布置具有低电阻并且能够载送高电流。

如已经提到的，电弧能够转向至外部电接触元件上。究竟是一个还是两个电弧燃烧取决于电流水平。在负载上的初始接触的电接触元件断开之后，首先发生集中的中断。随着电接触元件进一步打开，在RMF状接触元件的情况下，在接触件之间形成压缩电弧。随着接触元件分离在中断过程期间进一步增大，发生部分换向，或者在适当的物理设计的情况下发生完全换向。如果已经在内部接触元件之间产生的电弧完全转向至外部电接触元件上，则中断器室能够载送和开关至少与具有仅仅一个RMF状接触元件对的中断室相同的电流。

对称地围绕内部电接触部件的真空中断室为圆筒形。一个电接触部件安装成能够轴向移动，而相应的电接触部件固定地安装。两个电接触部件的外部电接触元件设置有槽，使得外部电接触元件能够形成RMF状接触元件。因此，当电流流过外部电接触元件时，产生径向磁场。两个相应的电接触部件的内部电接触元件也是RMF状接触元件并且设置有用于相同目的的槽。

这种特殊的电接触设计显著地增加了制造的工作量。另一方面，在电弧放电阶段产生的热量有必要在电接触元件上扩散，以实现高电流中断性能。

本发明的目的是以容易的制造用于高开关性能的一对电接触部件的过程提供一种用于断路器装置的真空中断器方案。

发明内容

根据本发明，每个内部电接触元件设计成用于主要产生横向磁场的TMF（横向磁场）接触元件，并且每个外部电接触元件设计成用于主要产生轴向磁场的AMF（轴向磁场）接触元件。

这些电接触元件的特定组合确保了高电流中断性能。另外，根据本发明的电接触元件相对容易制造。此外，特殊的电接触元件组合提供了电物理效应，即：在电弧放电阶段产生的热量在接触表面上扩散。另外，根据本发明的包括特殊的电接触元件的真空中断器具有比已知的真空断路器相对较长的使用寿命，因为初始电弧放电阶段和后续电弧放电阶段互不相干。由于电弧在AMF状接触元件上持续所必需的较低的电压，电弧将始终至少部分地换向。

为了实现如上所述的显著的电物理效应，每个电接触部件的外部AMF接触元件优选地包括用于产生强轴向磁场的电线圈。

相比之下，每个电接触部件的内部TMF状接触元件优选地具有盘、柄或销、螺旋形或星形形状，用于至少支持横向磁场。

根据本发明的优选实施例，每个电接触部件的内部电接触元件同轴地布置在具有罐形或管形几何形状的相应的外部电接触元件内。当然，对于这种特殊的同轴布置，中间形式也是可以的。

两种不同的电接触元件能够以多种方式附接于作为支撑元件的公共接触杆。根据第一优选实施例，提供了一种单接触系统。在一个电接触部件上，内部电接触元件相对于外部电接触元件固定地布置，而在另一个电接触部件上，仅仅内部电接触元件相对于外部电接触元件并且相对于相应的电接触部件可移动地布置。因此，两个相应的外部AMF状接触元件优选地彼此紧邻地固定在绝缘部件内，形成恒定的中间间隙。优选地，内部电接触元件和外部电接触元件被单独地附接于公共的接触杆的末端。接触杆固定于真空中断器的壳体。

根据第二优选实施例，实现了一种双接触系统，因为在两个相应的电接触部件上，内部电接触元件相对于外部电接触元件固定地布置。两个电接触部件中的至少一个相对于周围的绝缘部件可移动地安装，以形成由诸如电磁致动器之类的手动或自动开关操作装置来操作的电开关。

为了形成用于容纳一对电接触部件的封闭的真空室，绝缘部件可以在每个正面侧上包括盖板。两个盖板也用作对前面提到的接触杆的机械支撑件。

另外，附加的桶形金属或陶瓷屏蔽件能够同轴地布置在绝缘部件与内部的一对电接触部件之间。该屏蔽件能够避免与根据本发明的特殊的电接触件相关地在绝缘部件的内壁的内侧上形成金属层。

当结合附图考虑时，本发明的上述及其他方面将从本发明的详细描述中变得显而易见。

附图说明

图1是具有真空中断器装置的中压断路器的纵截面图；

图2是相应的电接触部件的第一实施例的示意性纵截面图；

图3是相应的电接触部件的第二实施例的示意性纵截面图；

图4是电接触元件装置的表面上的示意性正视图；

图5是电接触元件装置的另一实施例的表面上的示意性正视图；

图6是真空中断器的双接触系统的纵截面图；

图7是真空中断器的单接触系统的纵截面图。

具体实施方式

如图1所示的中压断路器主要由真空中断器的绝缘部件1构成，一对电接触部件2a、2b同轴地布置在真空中断器内。固定电接触部件2a对应于可动电接触部件2b。两个电接触部件2a和2b分别具有相应的外部电连接器3a和3b，并且电接触部件2a和2b形成用于绝缘部件1的真空室4内的电力中断的电气开关。

可动电接触部件2b能够通过传动轴5在接通位置与断开位置之间移动。传动轴5在内部将电磁致动器6的机械能传至绝缘部件1内的可动电接触部件2b。为了确保可移动地附接于电磁致动器6的可动电接触部件2b与外部电连接器3b之间的电连接，在所述可动电接触部件2b与外部电连接器3b之间设置有柔性连接器7。

根据本发明，电接触部件2a和2b各自由两种不同的接触元件构成。内部电接触元件8a、8b设计成TMF状的接触元件，并且每个相应的外部电接触元件9a、9b设计成AMF状的接触元件。

根据图2，实现了双接触系统。在相应的电接触部件2a和2b两者上，内部电接触元件8a和8b分别相对于外部电接触元件9a、9b固定地布置。各个内部电接触元件8a和8b同轴地布置在相应的外部电接触元件9a、9b内。外部电接触元件9a、9b具有罐形几何形状，以容纳相应的内部电接触元件8a和8b，且确保内部电接触元件8a与外部电接触元件9a或者内部电接触元件8b与外部电接触元件9b之间的绝缘间隙。

根据图3，提供了单接触系统，其中在一个电接触部件2a’上，内部电接触元件8a’相对于相应的外部电接触元件9a’固定地布置。与之相比，在另一个电接触部件2b’上，仅仅内部电接触元件8b’相对于外部电接触元件9b’并且相对于相应的电接触部件2b’可移动地布置。两个相应的外部AMF状接触元件9a’和9b’彼此紧邻地固定在未示出的绝缘部件内，从而形成与真空中断器的开关位置无关的恒定的中间间隙10。

参照示意性的图4，在电接触部件2上，内部电接触元件8具有TMF状的几何形状，以提供横向磁场。相应的外部电接触元件9是环形的，以提供轴向磁场。

可替代地，根据图5，电接触部件2’具有平面形的内部TMF状接触元件8’，内部TMF状接触元件8’对应于与前述实施例相同的外部AMF状电接触元件9’。

如图6所示，真空中断器的圆筒形绝缘部件1包括盖板11a和11b，盖板11a和11b布置在绝缘部件1的两个正面侧，以形成封闭的真空室4。在真空室4内布置有一对电接触部件2a和2b。第一电接触部件2a相对于绝缘部件1固定。相应的电接触部件2b相对于绝缘部件1可移动地布置，以形成电气开关。为了移动电接触部件2b，通过未示出的电磁致动器来操作相应的接触杆13。另外，桶形金属屏蔽件12同轴地布置在真空室4内。

提供了一种分别由内部电接触元件8a和8b构成的双接触系统，内部电接触元件8a和8b分别相对于相应的外部电接触元件9a和9b固定。外部电接触元件9a和9b具有罐形几何形状，从而以绝缘的方式分别容纳相应的内部电接触元件8a和8b。

根据图7，图示了单接触系统。上部电接触部件2a’相对于绝缘部件1固定地安装。与之相比，在另一个电接触部件2b’上，仅仅内部电接触元件8b’相对于其相应的外部电接触元件9b’可移动地布置。因此，仅仅内部电接触元件8b’轴向移动来实现电学通断。在相应的外部电接触元件9a’与9b’之间设置有恒定的中间间隙10。

当内部电接触元件8a’和8b’处于接通位置时，负载电流在低的接触电阻下流过内部电接触元件8a’和8b’。为了电流中断，在内部TMF状接触元件8a’、8b’之间产生初始电弧，并且立刻在过渡模式中短暂增强，如取决于电流水平的标准螺旋TMF状接触元件中那样。在低电流下，弧柱以扩散模式扩展，同时增大了间隙距离和瞬时电流。在高电流下，由螺旋产生的横向磁场使得内部接触元件8a’、8b’之间的受限电弧短暂地旋转。在几毫秒的短时间之后，电弧应当到达内部接触元件与外部接触元件之间的极间间隙，然后应当完全转向至外部AMF状接触元件9a’和9b’，并且保留在扩散模式中，直至电弧熄灭。对这种构想的支持来自于如下事实，即：AMF状接触元件9a’、9b’两端的电弧压降明显地小于TMF状接触元件8a’和8b’两端的电弧压降。

附图标记列表

1绝缘部件

2电接触部件

3电连接器

4真空室

5传动轴

6电磁致动器

7柔性连接器

8内部接触元件

9外部接触元件

10中间间隙

11盖板

12屏蔽件

13接触杆

Claims (8)

1.一种用于断路器装置的真空中断器，所述真空中断器包括圆筒形的绝缘部件(1)，一对电接触部件(2a、2b)同轴地布置在所述绝缘部件(1)内并且由所述绝缘部件同心地围绕，其中所述电接触部件(2a、2b)包括用于在开始中断过程之后仅仅在相应的内部电接触元件(8a、8b)之间启动中断弧的装置，并且相应的外部电接触元件(9a、9b)包括用于使所述中断弧从所述内部电接触元件(8a、8b)转向至外部电接触元件、直至中断过程完成的装置，其中，每个内部电接触元件(8a、8b)设计成用于主要产生横向磁场的TMF状接触元件，并且每个外部电接触元件(9a、9b)设计成用于主要产生轴向磁场的AMF状接触元件；

其特征在于，外部AMF状接触元件(9a、9b)包括用于产生轴向磁场的电线圈；并且内部TMF状接触元件(8a、8b)具有盘形、星形或螺旋形形状，用于支持或产生横向磁场；

所述内部电接触元件(8a、8b)同轴地布置在具有罐形或管形几何形状的相应的外部电接触元件(9a、9b)内；

所述内部电接触元件(8a、8b)和所述外部电接触元件(9a、9b)单独地附接于公共的接触杆(13)的末端。

2.根据权利要求1所述的真空中断器，其特征在于，两个电接触部件(2a、2b)中的一个相对于围绕的绝缘部件(1)至少部分可移动地安装，以形成能够通过手动或自动开关操作装置来操作的电开关。

3.根据权利要求1所述的真空中断器，其特征在于，对于双接触系统，在两个相应的电接触部件(2a、2b)上，所述内部电接触元件(8a、8b)相对于所述外部电接触元件(9a、9b)固定地布置。

4.根据权利要求1所述的真空中断器，其特征在于，对于单接触系统，在一个电接触部件(2a’)上，内部电接触元件(8a’)相对于外部电接触元件(9a’)固定地布置，而在另一个电接触部件(2b’)上，仅仅内部电接触元件(8b’)相对于外部电接触元件(9b’)并且相对于相应的电接触部件(2b’)可移动地布置。

5.根据权利要求4所述的真空中断器，其特征在于，两个相应的外部AMF状接触元件(9a’、9b’)彼此紧邻地固定在所述绝缘部件(1)内，形成恒定的中间间隙(10)。

6.根据权利要求1-5之一所述的真空中断器，其特征在于，所述绝缘部件(1)在每个正面侧上包括盖板(11a、11b)，以形成用于容纳所述一对电接触部件(2a、2b)的封闭的真空室。

7.根据权利要求1-5之一所述的真空中断器，其特征在于，附加的桶形金属或陶瓷屏蔽件(12)同轴地布置在所述绝缘部件(1)与所述一对电接触部件(2a、2b)之间。

8.一种中压断路器，包括用于至少一个极部件的至少一个根据前述权利要求1至7中的一项所述的真空中断器，所述真空中断器通过作为开关操作装置的电磁致动器(6)操作。