专利名称：具有用于改善电场梯度的可拆卸屏蔽罩的高电压断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及需要改进与切换期间所出现电场相关的性能的电开关设备。特别地，本发明涉及断路器，在该断路器中，期望改善在该断路器的断开操作期间其不同部件与电场有关的协调。
背景技术：
用于中断高短路电流的高电压断路器需要相对大的活塞，以在断开断路器时产生吹灭电弧所需的高气压。这需要在中心触头、杆、以及对应的永久触头之间具有极宽的径向空间。因此，电场的值在杆的末端变得极高。因而，高电压断路器的性能变差，特别是承受电线、电缆、或电容器电池中的开断电流所固有的瞬时恢复电压的能力。
为了克服这些弊端，需要具有另一形状以改善在杆的末端处的电场值。这包括使用金属屏蔽罩，或使用由具有高介电常数并具有合适形状的材料制成的屏蔽罩。该屏蔽罩可以在杆与永久触头之间滑动。通过这种方式，等势线的形状改变，因此，电场可显著减小，换句话说，以达到可接受的值。为了实现其目的，屏蔽罩应该保持静止，至少直到触头已经分开或直到断路器触头已经经过充分的、确定的距离为止。在行程结束时，触头已到达的位置被认为是起始点，在该起始点，在触头末端的电场值开始为临界值。在这个确定的时刻，屏蔽罩将开始与触头中的一个一起运动，直到所述一个触头的冲程结束。预压缩的弹簧限定了屏蔽罩的初始位置。此外，美国专利No. 5 478 980、5 585 610、以及6 462 295描述了这些使用简单运动的电路。可拆卸屏蔽罩被附接到喷嘴的末端。当断开断路器时，屏蔽罩在其几乎所有运动期间由永久触头遮掩。因而，明显看出，仅当断路器处于断开位置时屏蔽罩会影响电场的分布，并且只改善断路器的介电性能。在文献US 6 410 873和US 4 378 477中描述的装置使用双接触运动。在这两个文献中，依靠喷嘴使屏蔽罩运动，但所述喷嘴并不直接连接至该屏蔽罩的末端。由于绝缘喷嘴持续包围触头(其与控制机构(夹子形式的触头)直接相连)，所以屏蔽罩以相同的方向运动，而与本应该受到保护的杆的方向相反。因而，该屏蔽罩的效率在断开操作期间和闭合操作期间降低。美国专利No. 6 410 873使用由杠杆系统构成的非常复杂的机构。美国专利No. 4132 876(图I)利用由绝缘杆驱动的屏蔽罩来实施单接触运动。这些非常复杂的机构对于通常使用外屏蔽罩的、被金属封闭的断路器而言是不可靠的。此外，在这个装置中，由于简单接触运动的原因，屏蔽罩不需要跟随静止的杆。因而，当该屏蔽罩到达期望位置时就停下来。在美国专利No. 4 378 477中，通过使用还用作执行反向运动的传动系统的机构，屏蔽罩依靠喷嘴而被理想驱动。因而，如上述文献中那样，屏蔽罩以与杆相反的方向运动，该杆是期望进行保护的触头。因而，这样的装置不是非常有效。当致使屏蔽罩以相反方向运动时，该屏蔽罩在冲程结束时的位置比杆的位置超前很多。结果，更加难于保证电弧触头上的电场与永久触头上的电场的比率足以确保当击穿发生时其总是出现在电弧触头之间。最后，该机构的弊端在于虽然绝缘喷嘴是非常灵敏的部件，但是在进行闭合操作时，机械冲击会由绝缘喷嘴吸收。上述专利文献提及固定的屏蔽罩，或者由喷嘴或杠杆系统或杆驱动的屏蔽罩。因而，只改善了在断开位置中的断路器的介电特性。本发明的目的旨在克服与上述文献相关的上述弊端。
发明内容
本发明的构思包括改变和/或减小图I中示出的在静止触头(在文献US 4132876中的电弧电极4)与永久静止触头(在文献US 4 132 876中的永久触头13)之间的 径向空间。这是为了使电势线平坦。在这之后，电场梯度的变化得到实质减小，因而在触头末端处的电场被大大减小。这减小了电场除以气体密度的比率E/N，并且减小了重燃的风险，即，提高了承受电线、电缆、或电容器电池中的开断电流所固有的瞬时恢复电压的能力。为此目的，本发明主要提供了一种高电压断路器，其包括相对于彼此可移动的两个触头，以使得彼此分开以中断电流，该断路器包括屏蔽罩，该屏蔽罩包围两个触头中的、具有支撑外壳的第一触头，该屏蔽罩被限定为在所述两个触头中的所述第一触头的冲程的第二部分期间进行跟随，屏蔽罩的最终位置由压缩弹簧的压缩来限定，该两个触头中的第二触头也具有外壳。根据本发明，屏蔽罩被安装成在所述两个触头从第二触头支撑部的冲程起点开始相对分开期间、并依靠以两个末端中的第一末端处被固定至屏蔽罩并在这两个末端中的另一末端处被固定至中央体部右端的弹簧，在所述两个触头中的第一触头的支撑外壳(其被固定至轭板)中滑动，并且由固定到这两个触头的第二触头的中央体部来驱动，屏蔽罩拥有接合部，该接合部被固定并且定位成使得通过在第一可移动触头的外壳与第二可移动触头的外壳滑动分开时与轭板接触，该接合部在第一可移动触头的相对冲程的第二部分期间与轭板接触并驱动屏蔽罩，其中所述两个触头以相反方向彼此分开运动。在本发明的主实施例中，这些元件的相对运动由以下来控制 控制杠杆，该控制杠杆以其中心安装成关于轴可枢转，该轴相对于壳体是静止的，并由马达装置旋转驱动； 第一操作杠杆,其在第一末端处可枢转地安装到控制杠杆的第一末端,并且借助于轭板而在第二末端处可枢转地安装到第一可动触头支撑外壳的第二末端；以及 两个第二操作杠杆，其在第一末端处可枢转地安装到控制杠杆的第二末端，并且在其第二末端处可枢转地安装至第二可动触头支撑部。第一触头支撑外壳和第二触头支撑部优选被安装成可相对于断路器的静止壳体滑动。优选地，接合部被安装在被螺丝固定在屏蔽罩上的杆上。断路器还可以具有被螺丝固定在屏蔽罩上的杆，以对弹簧进行预压缩。
通过阅读分别参照若干附图提供的以下描述，可更好地理解本发明及其各种技术特征，在附图中 图I是示出具有可拆卸屏蔽罩的现有技术高电压断路器的横截面； 图2是示出本发明的高电压断路器的横截面； 图3A、3B和3C中的横截面示出本发明的高电压断路器，处于在其断开过程中的其中三个操作位置；以及 图4A、4B、5A、5B、6A和6B是示出对电弧触头上和永久触头上的电场的计算结果 的曲线。零件目录屏蔽罩1;第一可移动触头2 ；杆3;电弧电极4;喷气嘴5 ;圆锥形部分5A ；张开部分5B ；本体5C；第二可移动触头6 ；帽7;第二触头支撑部8 ；静止主体9 ；第二触头外壳10永久触头13;中心绝缘管14;轭板15;第一触头支撑外壳16 ；第一触头支撑外壳16 ；弹簧17;凸缘18;内表面19;左端20 (第一触头支撑外壳16的左端)；右端21 (第二触头外壳10的右端)；控制杠杆22 ;第一末端22A(控制杠杆22的第一末端);第二末端22B (控制杠杆的第二末端)；轴23;第一操作杠杆24 ；第一末端24A(第一操作杠杆24的第一末端);第二末端24B (第一操作杠杆24的第二末端)；
第二操作杠杆25 ；第一末端25A；端环26 (喷嘴5的张开部分的端环)；接合部28 (凸缘18的接合部)杆29 ；接合部30 ；杆31 ;
具体实施例方式图2是示出本发明断路器的中心部分的横截面，用于标识屏蔽罩I的位置，该屏蔽罩I是可移动的并且被设计为以确定方式围绕第一可移动触头2而定位，该第一可移动触头2由杆3的末端构成，该杆3位于断路器的中心，以纵向平移方式在断路器中运动。另一触头6由空心末端件构成，该空心末端件形成了置于帽7内部的旋转体，所述帽位于第二触头支撑部8中。以上组件在喷气嘴5内部运动，该喷气嘴5包括在图示中位于右侧的、在第一触头2旁边的第一圆锥形部分5A，位于中央且为圆柱形的本体5C，以及位于第二触头6旁边的扩大部分5B。该喷气嘴5使得可以在当两个触头2和6彼此远离运动时在确定的时刻使气体喷射集中以吹灭电弧。所述组件通过围绕喷气嘴5放置的中央绝缘管14来构造，通过该绝缘管14，(主动的)第二触头6的运动被传递至第一触头2。第一触头支撑外壳16被紧固至携带所述杆3的轭板15，其中，第一触头2位于所述杆的末端。最后，第二触头外壳10围绕携带第二触头6的第二触头支撑部8放置。本发明断路器的主部件之一是位于静止主体9内部的屏蔽罩1，其被定位在附接至轭板15的第一触头支撑外壳16的内壁上。因而该屏蔽罩具有空心旋转体形状，并且它大体上在确定的距离处包围杆3的左部分。屏蔽罩的角色是在两个触头2和6的各自冲程的预定时刻开始跟随所述杆，特别是构成该杆末端的第一触头2。屏蔽罩I的存在有助于减小电场梯度的变化，并且因此显著减小第一触头2的末端处的电场。因此，获得了电场除以气体密度的较小比率，并且减小了重燃的风险。弹簧17对中央体部14右端处的凸缘18施压。该中央体部的左端压在屏蔽罩I的内表面19上。弹簧17依靠杆29而被预压缩，该杆29被螺丝固定在屏蔽罩I左端，并且通过凸缘18的接合部28附接以使得该杆能够在凸缘18中滑动。结合图3A，该图3A示出了处于其闭合位置的本发明断路器，两个触头2和6相互接触。更确切地，第一触头2位于空心旋转体形式的第二触头6内部。在图3A中，第二触头支撑组件8在第二触头外壳10内部位于朝左一点。第一触头支撑外壳16的左端20包围第二触头外壳10的右端21。因而，由于中央体部14被固定在第二触头外壳10，所以位于中央体部14内部的组件被第一触头支撑外壳16完全包围。因此，第一触头支撑外壳16围绕包括第二触头外壳10和中央体部14的组件而滑动。三个附图3A、3B、3C尤其示出了断路器的每个部件的驱动，特别是依靠包括控制杠杆22的三个杠杆进行的驱动，该控制杠杆22被安装成可关于水平轴23枢转，该轴相对于所述组件是不静止的，即相对于固定该断路器的壳体是不静止的。在图3A中所示的断路器的闭合位置中，控制杠杆22具有铰接到第一操作杠杆24的第一末端24A上的第一末端22A，该第一操作杠杆24的另一末端24B被铰接到轭板15的中央部分上。对应地，控制杠杆22的第二末端22B被铰接到两个第二操作杠杆25的第一末端25A，该两个第二操作杠杆25的第二末端被铰接到喷气嘴5的张开部分5A的端环26，该喷气嘴还被固定到包括中央体部14和第二触头外壳10的组件。在图3A中，控制杠杆22以使得将第一操作杠杆24向 左推进的方式倾斜。通过这种方式，轭板15自身被推入其最左侧位置中。对应地，两个操作杠杆25被向右拉，同时向右将第二触头外壳10和中央绝缘管14的组件保持在内部。结合图3B，该图3B示出了在两个触头2和6之间的中间断开位置，控制杠杆22已发生转动以使得向右拉动第一操作杠杆24并且向左推进第二操作杠杆25。通过这种方式，携带有杆3和第一触头2的轭板15向右运动。结果，第一触头2从第二触头6移出。同时，第二操作杠杆25向左推进，从而推动携带喷气嘴5且被固定到第二触头外壳10的、包括中央隔离管14的组件。结果，由第二触头6的帽7以及第二触头支撑部8构成的组件在第二触头外壳10中滑动。在图3B示出的这个中间阶段期间，第一触头支撑外壳16的左端20已经与第二触头外壳10的右端分开。同时，杆3和第一触头2在喷气嘴5内部滑动。这就是当位于杆31上的接合部30与轭板15接触的时刻，该杆31被固定到屏蔽罩I的左侧部分并且在凸缘18和轭板15中滑动。这也是屏蔽罩I开始与第一触头支撑外壳16和杆3同时运动的时刻。结合图3C，控制杠杆22已连续转动并且已经向右拉动第一操作杠杆24，以尽可能远地向右拉动杠杆3和触头2。然而，在图3B示出的中间阶段之后，弹簧17已通过变得与紧固在杆31上的接合部30邻接的轭板15而被压缩，该杆31被螺丝固定在屏蔽罩I的左侧部分，并且能够在轭板15和凸缘18中滑动。图3C示出弹簧17压缩结束，第一触头2和第二触头6、以及与其固定的元件被最大程度分开。因此，在弹簧17的压缩期间，在弹簧17通过位于杆31右侧的接合部30而被压缩的同时，屏蔽罩I被向右驱动。同时，与第一触头2和第二触头6相关的这两个子组件的背向运动致使第二触头支撑部8的第二触头外壳10移动离开静止活塞(未示出)。在图3A和图3B之间，这种平移运动有利于减小第二触头外壳10的内容积，并且对于吹灭电弧是必要的。本断路器的主要优点在于改进了承受瞬时恢复电压的能力，特别是针对非常高的电压，该瞬时恢复电压是电线、电缆或电容器电池中的开断电流所固有的。在电弧触头2和6分开的几乎同时，低电容电流被中断。由于恢复电压根据关系V(2.").(l - (cosOt))变化，其中w是源频率，t是时间，且U是可适用的均方根电压，因此，2 的最大值将会在明确定义的时间长度(约为可适用的电网频率的周期的一半)之后施加。因此，触头在这一时刻分开越远，在触头的末端的电场则越弱。因此，通过利用屏蔽罩I来减小触头末端处的场的值，在触头之间的距离能够减小，从而使得可以减小触头的速度，导致机械应力减小。这个效果在图4A、4B和4C中示出。
图4A和图4B示出在没有可移动屏蔽罩情况下针对13米每秒(m/s)的速度计算出的电场梯度的值，图5A和图5B示出在没有可移动屏蔽罩情况下针对19m/s的速度计算出的电场梯度的值，而图6A和图6B示出在具有可移动屏蔽罩情况下针对13m/s 的速度计算出的电场梯度的值。在图4A、5A和6A中，示出的结果与在杆(第一可移动触头2)旁边施加的电压有关，而在图4B、5B和6B中，示出的计算值与在梅花触头(第二可移动触头6)旁边施加的电压有关。
权利要求
1.一种高电压断路器，包括以能够彼此分开以中断电流的方式而相对于彼此可移动的两个触头(2，6)，所述断路器包括 包围所述两个触头中的、具有第一触头支撑外壳(16)的第一触头(2)的屏蔽罩(1)，所述屏蔽罩(I)被限定为在包括所述第一触头(2)及其第一触头支撑外壳(16)的组件的冲程的第二部分期间，跟随所述第一触头支撑外壳(16)和所述第一触头(2)，所述屏蔽罩(I)的最终位置通过压缩弹簧(17)的压缩来限定，所述第二触头(6)具有第二触头支撑部(8)，并且所述高电压断路器的特征在于， 所述屏蔽罩(I)被安装成在所述两个可移动触头(2，6)从所述第二触头支撑部(8)的冲程起点开始彼此分开期间、并依靠固定在所述屏蔽罩(I)的左侧第一末端处以及与所述第二触头支撑外壳(8)固定的中央体部(14)的右侧第二末端处的弹簧，在固定到轭板(15)的第一触头支撑外壳(16)中滑动并且通过所述中央体部(14)而被驱动，所述屏蔽罩(I)具有接合部(30)，所述接合部(30)被固定并定位成使得当所述屏蔽罩(I)由于两个可移动触头(2，6)以相反方向与其各自的外壳和支撑部一起彼此分开而滑动时，在第一触头支撑外壳(16)的冲程的第二部分期间，所述接合部(30)与所述轭板(15)接触并驱动所述屏蔽罩(I)。
2.根据权利要求I所述的高电压断路器，特征在于其构成元件的相对运动由控制杠杆(22)、第一操作杠杆(24)和第二操作杠杆(25)控制，其中， 控制杠杆(22)以其中心安装成关于轴(23)枢转，所述轴(23)相对于壳体静止并由马达装置旋转驱动； 第一操作杠杆(24)在其第一末端(24A)处可枢转地安装到所述控制杠杆(22)的第一末端(22A)，并且借助于轭板(15)在第二末端(24B)处可枢转地安装到所述第一触头支撑外壳(16);以及 第二操作杠杆(25)在其第一末端(25A)处可枢转地安装到所述控制杠杆(22)的第二末端(22B)，并且在第二末端(25B)处可枢转地安装至第二触头支撑部(8)。
3.根据权利要求I或2所述的高电压断路器，特征在于所述第一触头支撑外壳(16)和所述第二触头支撑部(8)被安装成相对于静止主体(9)滑动，以使得沿相反方向彼此分开。
4.根据权利要求I所述的高电压断路器，特征在于所述接合部(30)安装在被螺丝固定在所述屏蔽罩(I)上的杆(31)上。
5.根据权利要求I所述的高电压断路器，特征在于其具有被螺丝固定在所述屏蔽罩(I)上的杆(29)，以对所述弹簧(17)进行预压缩。
全文摘要
本发明的高电压断路器使得可以降低断开期间在电弧触头上的电场，进而降低触发该装置的速率。两个触头(2)和(6)在断开期间能够以相反方向相对于彼此运动。它们相应的支撑构件(8)和(16)也能够关于固定的框架而相对于彼此运动和滑动。屏蔽罩(1)依靠弹簧(17)而被置于第一触头(6)的支撑壳体内，并且在借由杆(31)进行的断开操作期间运动。止挡件30限定当屏蔽罩开始运动时的时刻。在其运动期间，屏蔽罩压缩弹簧(17)并且屏蔽罩相对于电弧触头(2)和永久触头(20)保持该位置直到行程结束为止。可以应用于高电压断路器中。
文档编号H01H3/46GK102725810SQ201080054815
公开日2012年10月10日 申请日期2010年12月7日 优先权日2009年12月9日
发明者丹·卢修斯·佩纳什, 大卫·贝拉尔, 米歇尔·佩雷 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司