一种断路器的触臂和制造该触臂的方法与流程

文档序号:14686105发布日期:2018-06-14 23:14

本发明涉及一种电气开关装置,尤其是一种用于电气开关装置的触臂和制造这种触臂的方法。



背景技术:

电气系统,例如发电、电力传输、配电和电力转换系统,经常包括用于在电气系统中控制、保护和/或隔离电气设备的开关装置。开关装置通常包括母线、电缆、断路器、电子开关和/或保险丝的组合,该组合通过电气连接并以预期的方式控制、保护和隔离电气系统的电气设备。断路器通常包括触臂和在触臂之间以串联方式电耦合的分离装置。断路器中的触臂用于电气连接断路器和各种开关装置组件。

在使用过程中,通过断路器触臂的高强度电流会引起显著地发热。这种发热如果不控制的话会引起触臂的过热,从而对触臂的性能和/或完整性产生不利影响。

对提高断路器触臂的散热性已经进行了多次尝试。例如,一些已知的触臂利用配置在触臂外表面上的环形鳍片来增加表面积,从而增加触臂的散热表面。尽管有这些尝试的解决办法,提高触臂散热性的需求仍将持续存在。



技术实现要素:

本发明提供了一种用于断路器的触臂,该触臂包含一个管状本体,该管状本体包含一个导电管并定义一个触臂的纵向中央轴,该管状本体的第一端用于连接断路器的触头,第二端用于连接断路器的极柱,该管状本体包含若干孔,该若干个孔经由管状本体的外表面向管状本体的内表面延伸。

本发明还提供了一种用于开关装置的断路器,该断路器包括一个极柱,一个第一触臂和一个第二触臂,第一触臂的第一端电耦合到极柱,第二端电耦合到断路器的第一触头,第二触臂的第一端电耦合到极柱,第二触臂的第二端电耦合到断路器第二触头,第一触臂和第二触臂中至少一个包括一个管状本体,其包含一个导电管并定义对应触臂的纵向中央轴,该管状本体包含若干孔,该若干个孔从管状本体的外表面向管状本体的内表面延伸。

本发明进一步提供了一种开关断路器触臂的制造方法。该方法包括提供一个管状本体,其包含一个导电管并定义一个触臂的纵向中心轴,在该管状本体上形成若干个孔,该若干个孔从该管状本体的外表面向该管状本体的内表面延伸。

附图说明

图1为一个典型的包含断路器的开关装置的示意图;

图2为图1所示断路器的示意图;

图3为现有技术的断路器触臂的立体图;

图4为适用于图1和图2所示断路器和开关装置的断路器触臂的一种实施方式的立体图;

图5为图4所示触臂的剖面图;

图6为适用于图1和图2所示断路器和开关装置的断路器触臂的另一种实施方式的立体图;

图7为图6所示触臂的剖面图;

图8为适用于图1和图2所示断路器和开关装置的断路器触臂的另一种实施方式的立体图;

图9为图8所示的触臂沿A-A剖面线所截的剖面图。

图10为图8所示的触臂沿B-B剖面线所截的剖面图。

图11为制造用于开关断路器的断路器触臂的典型方法的流程图。

具体实施方式

本发明描述的系统、方法和装置有利于消散电气开关装置的断路器产生的热量。更具体地说,该系统、方法和装置利用了包含若干孔的断路器触臂,该若干孔从触臂的外表面延伸到触臂的内表面。这些孔通过促进触臂内外的空气流通,从而促进触臂产生的热能的消散。在一些实施例中,这些孔沿触臂的纵向中央轴呈螺旋形排列。不受任何特殊理论的限制,孔的螺旋排列通过在触臂内部和触臂的外部之间产生旋风或者涡旋气流的效果来促进触臂产生的热能的消散,从而增强触臂内部和外部的热传递。

图1所示为一个典型开关装置的示意图,该开关装置100包括一个外壳102,一个断路器104,一个母线106和一个导电电缆108。该开关装置100的元件,例如断路器104,母线106和导电电缆108,可以配置在外壳102中彼此分隔的区间内(例如钢分区隔离)。

断路器104用于控制一个或多个负载(未示出)的电源,当检测到短路或者故障的时候,中断负载电流。负载包括但不限于机械装置、发动机、照明装置和/或其它电气和机械设备,用于制造厂、发电设施或配电设施。断路器104通过母线106与电源(未示出)耦合,通过导电电缆108与一个或多个负载耦合。

图2所示为断路器104的示意图。同时参考图2,断路器104包括一个箱体110,若干个断路器极柱112,若干个触臂114,分别与一个触臂114相连的若干个触头116。在这个示范性的实施例中,断路器104是一个中高压的三相断路器,额定电压为3kV(千瓦)。在其他的实施例中,断路器104可以不限于中高压的三相断路器,其额定电压可大于或小于3kV。

如图2所示,每个极柱112与箱体110耦合。这个示范性的实施例包括三个极柱112,其中只有一个极柱显示在图2中,6个触臂114,其中只有两个触臂显示在图2中。每个极柱112对应于给开关装置100供电的三相电中的一个,每个极柱112与两个触臂114电耦合。在其他实施例中,断路器104可能包含少于或多于三个极柱112,和/或少于或多于六个触臂114。

每个触臂114包含与断路器极柱112电耦合的第一端118,与相应的触头116电耦合的第二端120。在这个示范性的实施例中,触头116是梅花触头,当然触头116可以是能使开关装置110正常运行的任何触头。

触臂114在断路器极柱112和开关装置100中的其它元件(例如母线106或导电电缆108)之间提供电通信(如图1所示)。在这个示范性的实施例中,图示中的其中一个触臂114与母线106电耦合,另一个触臂114与导电电缆108电耦合。每个极柱112包含一个用于中断一对触臂114之间的电气连接的分离装置,当检测到短路或故障时,该一对触臂114与各自的极柱112之间的电气连接中断。

在使用中,触臂114可以从开关装置的不同元件之间和/或安装了开关装置100的电气系统中的其它元件之间的载流中产生大量热量。如果不消散这些热量,会对触臂114的性能和/或整体性产生不利的影响。

图3是已知现有技术中触臂300的立体图。触臂300包含一个管状本体302,该管状本体包含一个导电管304和一个在导电管周围提供电气绝缘的绝缘层306。触臂300包含第一端308,该第一端用于连接导电触头,例如触头116(如图2所示),和第二端310,该第二端用于连接断路器极柱,例如断路器极柱112(如图1所示)。如图3所示,触臂300的管状本体302没有散热元件,例如洞,槽或者环。

图4为适用于断路器104(如图1和图2所示)和开关装置100(如图1所示)的断路器触臂400一种实施方式的立体图,图5是触臂400的剖面图。如图4和图5所示,触臂400包含一个管状本体402,该管状本体有一个导电管404和一个周围导电管404并提供电气隔离的绝缘层406。触臂400有一个第一端408,用于连接导电触头,例如触头116(如图2所示),和一个第二端410,用于连接断路器极柱,例如断路器极柱112(如图2所示)。如图4和图5所示,管状本体402有几个在管状本体的外表面的延长槽412。

图6为适用于断路器104(如图1和图2所示)和开关设备100(如图1所示)的触臂另一种实施方式的立体图,图7是触臂600的剖面图。如图6和图7所示,触臂600有一个管状本体602,该管状本体有一个导电管604和一个周围导电管604并提供电气隔离的绝缘层606。触臂600包括一个第一端608,该第一端用于连接一个导电触头,例如触头116(如图2所示),和一个第二端610,该第二端用于连接一个断路器极柱,例如断路器极柱112(如图2所示)。如图6和图7所示,触臂600有若干个从管状本体602外表面延伸到内表面的孔或通孔612。如图6和图7所示的实施例中,孔612相互之间线性排列,沿着触臂600纵轴方向614。图示的实施例包含4个孔,但触臂600也可能包含多于或少于4个孔。

图8为适用于断路器(如图1和图2所示)和开关装置(如图1所示)的断路器触臂800另一种实施方式的立体图。图9为图8所示的触臂800沿A-A剖面线所截的剖面图。图10为图8所示的触臂800沿B-B剖面线所截的剖面图。在一个示范性的实施例中,触臂800包含一个管状本体802,该管状本体包含一个导电管804和一个绝缘层806。管状本体802沿着触臂的纵向中央轴808方向延伸。每个导电管804和绝缘层806沿着纵向中央轴延伸,并且和纵向中央轴是同轴的。管状本体802还包含一个径向内表面810和一个径向外表面812。径向内表面810是触臂800的一个中空的内部结构814(如图9和图10所示),该内部结构和触臂800的外部结构由管状本体802分开。

导电管804用于提供断路器104(如图1和图2所示)和开关装置100中的另一个元件之间的电气连接,例如母线106或者导电电缆108(图1所示)。导电管804由合适的导电材料构成。该导电材料包括但不限于铜、铝和他们的结合物。导电管804包括一个第一端816,该第一端用于连接一个导电触头,例如触头116(如图2所示),和一个第二端818,该第二端用于连接一个断路器极柱,例如断路器极柱112(如图2所示)。导电管804也包括一个至少部分的限定了管状本体802的径向内表面810的径向内表面820和与绝缘层806相接触的径向外表面822。

绝缘层806围绕导电管804,并且覆盖至少一部分的导电管804,从而在导电管804和安装了触臂800的电气系统的其它元件之间提供电气绝缘。绝缘层806是由合适的绝缘材料构成。构成绝缘层806的合适的绝缘材料包括但不限于热塑性材料。如图9和图10所示,绝缘层806包含与导电管804的径向外表面822相连的径向内表面824以及至少部分的限定管状本体802的径向外表面812的径向外表面826(如图8所示)。在一些实施例中,绝缘层806在管状本体802中可以省略。

如图8-10所示,触臂800也包含若干个孔828(这里也被称为通孔),该孔用于促进消散触臂800使用期间产生的热能。特别地,管状本体802包含从管状本体802的外表面812延伸到管状本体802的内表面810的孔828。从而孔828提供触臂800外部和内部814之间的空气流通以促进散热。触臂800可能包括任何合适数量的孔828,这些孔可以使触臂如前所述的运行。如图8所示为6个孔828,但触臂800也可能少于六个孔(例如三个孔)或多于六个孔。

孔828相当触臂800的纵向中心轴808呈螺旋形排列。也就是说,孔828沿着螺旋线排列,该螺旋线围绕着纵向中心轴且沿着纵向中心轴808延伸。不受任何特殊理论的限制,孔828的螺旋排列通过在触臂800内部814和触臂的外部之间产生旋风或者涡旋气流的效果来促进触臂产生的热能的消散,从而增强触臂800内部814和外部的热传递。

如图9所示,每个孔828有一个位于管状本体802径向外表面812的第一开口830和位于管状本体802径向内表面810的第二开口832。在示范性的实施例中,第一开口830和第二开口832在触臂800的纵向中心轴808上都呈螺旋形排列。

在示范性的实施例中,每个孔828都是圆柱形的,每个第一开口830和每个第二开口832都是椭圆形的。更进一步的,在示范性的实施例中,每个孔828实质上都是相同的大小和形状,每个第一开口830和每个第二开口832实质上也都是相同的大小和形状。在其他的实施例中,一个或多个孔828的形状可以不是圆柱形,和/或一个或多个第一开口830和/或第二开口832的形状可以不是椭圆形,而是例如长方形、正方形、圆形、圆形、长圆形、三角形或者其他可以使触臂实现前述功能的合适的形状。

如图9和图10所示,每个孔828沿着相应的纵向轴834从管状本体802的径向外表面812延伸到管状本体802的径向内表面810。在示范性的实施例中,每个孔828是确定方向的,从而每个孔的相应的纵向轴834与触臂800的纵向中心轴808相交。在其他的实施例中,一个或多个孔828可能被确定方向,从而相应的纵轴834相对于触臂800的纵向中心轴808是偏移或倾斜的。更进一步的,在其他示范性的实施例中,每个孔828可以相对于纵向中心轴808形成倾斜角ω。也就是说,每个孔828都被定位,从而每个孔828的相应的纵向轴834与纵向中心轴808形成倾斜角ω。孔828可能被定位在任何一个合适的角度,从而使触臂实现前述功能。在一些实施例中,例如,每个孔被定位在角度ω,ω的范围在30°到60°之间。在其他适合的实施例中,角度ω可能大于60°或者小于30°。在一些实施例中,例如,至少一个孔被定位为90°左右。在一些实施例中,至少一个孔828是面向第一端816,从而第二开口832比相应的第一开口830更靠近第一端816。也就是说,当这个孔828从外表面812向内表面810延伸,至少一个孔828朝着导电管804的第一端816延伸。

在示范性的实施例中,孔828沿着一个螺旋线等距排列,该螺旋线围绕着纵向中心轴808且沿着纵向中心轴延伸。也就是说,每个孔828与其相邻孔828是等间距的。在示范性的实施例中,每对相邻孔828之间的轴向间距(例如,沿着纵向中心轴的距离)是相同的。每对相邻孔828之间的圆周间隔(纵向中心轴的弧长或角距)也是相同的。

图11为制造用于开关断路器的断路器触臂的典型方法1100的流程图,例如触臂600(如图6和图7所示)或触臂800(如图8-10所示)。参阅图6-10,在一个示范性的方法中,步骤1102提供一个管状本体,例如管状本体602(如图6所示)或管状本体802(如图8-10所示),其包含一个导电管并定义一个触臂的纵向中心轴。步骤1104形成若干个孔,例如孔612(如图6和图7所示)或孔828(如图8-10所示)在管状本体中从管状本体的外表面向管状本体的内表面延伸。在一些实施例中,孔在管状本体中形成,从而孔呈螺旋形排列在触臂的纵向中央轴上。在一些实施例中,至少一个孔是沿着纵向轴延伸形成的,这个纵向轴实质上是垂直于管状本体的纵向中央轴。在一些实施例中,至少一个孔是沿着一个纵向轴延伸形成的,该纵向轴相对于所述管状本体的纵向中央轴成倾斜角。

在一些实施例中,方法1100进一步的包括用绝缘层覆盖至少一部分的导电管。在这些实施例中,步骤1104包含形成贯穿绝缘层和导电管的若干个孔。

实验例子

温升实验是分析不同类型的触臂从而对比每个触臂的散热性。该温升实验使用了一个三相断路器,该三相断路器的配置实质上相似于根据图2所展示和描述的断路器104的配置。该断路器包含三个极柱和六个触臂,该三个极柱在实验数据中被分别称为极柱A,极柱B,极柱C。每个极柱与两个触臂电耦合。

断路器极柱在预先确定的时间里承受相同的负载,从而测试使用不同断路器极柱的触臂的散热性。在预先确定的时间内记录每个断路器极柱上九个不同位置的温度数据。该温度数据以开尔文(K)为单位记录。特别地,根据图2,在上梅花触头1,上梅花触头和上触臂的连接点2,上触臂和断路器极柱的连接点3,极柱上端点4,下梅花触头5,下触臂与断路器极柱连接点6,极柱动端与拉杆连接点7,断路器极柱和下触臂之间的软连接8,下梅花触头与下触臂连接点9上记录数据。

在第一次温升实验中建立散热性的基准线。在第一次温升试验中,每个用于断路器的触臂都有根据图3所展示和描述的触臂300的配置。

在第二次温升实验中对比了根据图4-10中所展示和描述的触臂400、600、800和触臂300的散热性,在第二次温升实验中,如图4、5所展示和描述的触臂400的两个触臂与断路器极柱A耦合,图6、7所展示和描述的触臂600的两个触臂与断路器极柱B耦合,图8-10所展示和描述的触臂800的两个触臂与断路器极柱C耦合。

每个用于温升实验的触臂包含一个总长度为133mm,外径为55mm的铝管。每个触臂的导电管被3mm厚的绝缘层覆盖。

温升实验数据如下表1所示。

表1温升实验数据

表1表明,具有图8-10所展示和描述的触臂800的配置的触臂表现出了最好的散热性。具体来说,配置触臂800的断路器极柱的平均温升比配置了如图3描述的触臂300的断路器极柱的平均温升小1.07K,。具有触臂400的断路器极柱的平均温升比具有触臂300的断路器极柱的平均温升小0.31K,。具有触臂60的断路器极柱的平均温升比具有触臂300的断路器极柱的平均温升小0.73K。

不受任何特殊理论的限制,相比于触臂300,触臂800具有更好的散热性,这是因为触臂800的孔是呈螺旋形排列。具体来说,螺旋形排列的孔通过在触臂800(如图9和图10所示)的内部814和触臂800的外部之间生成旋风或涡旋气流的效果来促进触臂800产生的热能的消散,从而增强触臂800内部814和触臂800外部之间的热传递。

在本发明所描述的实施例中操作的执行顺序不是至关重要的,除另有规定外。也就是说,该操作可以以其他的顺序完成,除另有规定外,本发明的实施例可能包含比所揭示的有更多或更少的操作。例如,将其中某一项具体操作提前或推后到另一操作或和另一操作同步都在本发明的适用范围之内。

虽然本发明的各种实施例的具体特点可能在一些图中展示,而其他的特点却没有,这仅仅是为了方便起见。根据本发明的原则,任何一幅图的特点都可能被参考和/或被要求与任意其他图的任意特点相结合。

以上描述用例子揭示本发明,包括最好的模式,使本领域的一般技术人员也可以实践本发明,包括制造和使用任何设备或系统以及操作包含的任何方法。本发明的专利保护范围由权利要求限定,该保护范围也可包括本领域技术人员可能想到的其它例子。其它实施方式如果结构元件落入权利要求文字范围,或者包括的和权利要求无本质的差别的等同结构元件,这些例子依旧落入本发明权利要求的范围内。

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