专利名称：电开关装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电开关装置。
在中压和高压范围内，利用开关装置断开过电流或短路电流，这种开关装置又称为电力断路器，包括用于高压的SF6电力断路器或用于中压的真空开关及少油开关，或类似于SF6断路器的开关。
本发明的目的是提供一种本文开头所述的开关装置，它能节约制造成本，但仍具有同样的开断容量。
本发明采用的材料和组合材料是特定的如专利说明书P4221309中描述的材料，这些材料的温度和电阻随着电流增大而升高。若将这种非线性电阻与开关装置串联连接，当出现短路电流或通常的过电流时，该电流受到限制，使短路电流或过电流达不到预期的破坏程度。因此，不必专门为截断短路点而装设一个断路器，而只需安装隔离开关或负荷断路开关即可，这种开关能在特定时间内遮断残余电流或额定电流。将所述非线性电阻连接到隔离开关或负荷断路开关上，则可显著地节约短路开关装置的成本，隔离开关或负荷开关可以制成具有特殊用途的快速动作隔离开关;如果非线性电阻能持续耐压较长时间的话，还存在一种降低成本(不能说价廉)的可能性，即可使用慢速隔离开关，它的作用是能在分断位置承受电压。
可以将一个阻抗与该非线性电阻并联连接，这个阻抗可以是线性的或非线性的，也就是说随电压变化的。例如可用一电容器，利用电容器的充放电来减小电压尖峰值。还可用一电阻器，最好是变阻器来取代电容器，这个阻抗可与所述非线性电阻构成一个整体，也可分离构成，但是对于具有高电感的电网来说，这个阻抗必须与非线性电阻相并联。
采用这种非线性电阻器的另一优越性体现当电力线路中流过的电流变化时，可利用检测装置测出电阻特性的变化，于是该装置当发生过电流时会产生一个信号，这个信号继而传到隔离开关或负荷开关的操作机构内。
在这种情况下，人们利用了出现过电流时非线性电阻特性的变化反映这一客观事实。一方面，由于非线性电阻的阻值增大导致其上获取的电压的变化，这个电压变化可被检测出并加以处理。
另一方面，出现过电流时非线性电阻的外形尺寸和温度均产生变化，这种尺寸的变化，尤其是体积或长度的改变，可用于导致中断操作。
此外，还可在电阻器内配置温度测量元件，当温度上升时会产生一相应的信号。
另外，可以与该电阻器并联连接一个传动元件，例如一种压电器件，当电阻器上的电压升高时，该传动元件可具有所提供的电压并产生长度变化或弯曲。这个长度变化或弯曲信号可用来操作操作装置以用于驱动负荷隔离开关的遮断操作。
本发明的进一步优选方案，即还可对非线性电阻或电阻器件加装一具有一锁定点的开关机构，这个开关机构用于操作开关装置。在这种情况下，可以采用滑动部件，将其装到开关机构上，该滑动部件最好制成销或套筒，用于驱动开关的操作机构或直接操作开关，还可在非线性电阻器上配装一电磁释放机构，该电磁释放机构用于开关机构解锁。
在这种情况下，作为电磁释放机构一部分的导线可连接到非线性电阻的一个电极上。
在本发明的另一优选实施方案中，非线性电阻可以与开关机构和/或释放机构和/或导线和/或闭锁装置通过以绝缘材料制成的支撑装置保持在一起。这个支撑装置可以是一个其内至少容纳有非线性电阻的绝缘材料制成的外壳，该外壳紧紧地直接包覆住该非线性电阻，而释放和/或开关机构可布置在外壳内的自由空间内。
根据本发明，该外壳可以制成管状，最好是圆筒状结构，其端部可以加盖，用于连接电源线或输出端。
同时，用于支撑装置(最好是外壳)的绝缘材料的电阻值最好是随电压变化的，例如压敏陶瓷，这样可以吸收局部过电压。当然该支撑装置也可具有至少一个由绝缘材料制的支柱，并且非线性电阻器与开关机构和/或释放器和/或导体共同形成一个单元或该支柱穿过非线性电阻的中心。
根据本发明，滑动部件最好制成销子，它可承受弹簧的压力，因此可以改变闭锁点的解锁位置，即跳出该外壳。
根据本发明，该开关机构带有一弹簧驱动的闭锁装置，弹簧固定一个销子，当流过额定电流时，销子由弹簧力作用工作，当发生过电流时，该闭锁装置释放。弹簧可由热电双金属材料或形状记忆金属制成。
一种熔丝也可用作闭锁装置，它固定该滑动部件顶住弹簧的力，一旦出现过电流，该熔丝熔化，同时释放弹簧的力。当然也可将滑动部件的一端固定到套筒内，套筒内容纳着压簧和熔丝，而在套筒的另一端装有一个触头凸块，它可与另一与非线性电阻电气连接的触头形成触头时，如果熔丝熔断，并且滑动部件已跳出，闭锁释放，负荷开关操作，开关动作后只需将滑动部件、压簧和熔丝插入新的套筒即可，因此更换工作十分容易。
本发明的其他改进之处体现在其余的从属权利要求的主题中。
下面参照附图进一步详细说明和解释本发明和本发明的改进和完善之处，以及本发明的优点，包括图示的几个本发明的实施例，附图为
图1表示插有非线性电阻的电网电路图;
图2表示用单相导线代表的电网电路连接;
图3表示非线性电阻器的结构;
图4表示用与图2相同的表示法并具有非线性电阻的电路连接;
图5表示接有非线性电阻和熔丝的电路;
图6表示操作释放装置的装置，它具有一个整体的非线性电阻;
图7表示图6装置的另一实施例;
图8表示图7部分区域的放大视图;
图9表示具有非线性电阻的本发明又一实施例;
图10表示图9设备局部区域的放大视图。
在图1所示的中压电网中，三相电源R，S，T接在变压器10的引出端上，来自高压电网R1，S1，T1的电压经该变压器变成中压。
用作非线性电阻的PTC(正温度系数)热敏电阻11，12和13接在三相导线R，S，T的每一个上，这些PTC热敏电阻具有非线性阻抗(11a，12a，13a)，隔离开关14具有接在导线R，S，T中的触点15，16，17，隔离开关14(图中用虚线示意出)还包括一开关操作机构18，它通过馈线19，20，21连接到释放机构23，24，25，这些馈线19，20，21均连接到一根公共导线22上。释放机构23，24，25连接到PTC热敏电阻11，12和13上，用于检测PTC热敏电阻11，12和13特性的变化，并根据所探测的变化经由线路19，20，21发射信号，操作机构18由这些信号激励而动作，使触点15，16，17断开。当流过导线R，S，T的电流增大时，PTC热敏电阻11，12和13的温度改变，其电阻值也发生变化，从而限制了流过隔离开关14的触点15，16和17的电流。这里可以采用各种检测部件来探测PTC热敏电阻11，12和13特征的变化。
在图2的电路连接方式中，用于检测PTC热敏电阻两端电压变化的装置31是与PTC热敏电阻30并联连接的，装置31的输出信号经由线路32送入释放机构或操作机构18。
释放机构23，24，25也可予以省略，并且将PTC热敏电阻11，12，13装在操作设备内。因此在图3的实施例中，PTC材料34放在外壳35内，该外壳的下部用由导电材料制成的盖36所封闭，在PTC材料34的上端和上封盖37之间留有一自由空间38，这个空间的作用是当发生过流现象导致温度上升时为PTC材料34在长度上的伸长提供方便。为了检测这个长度上的变化，在PTC材料的自由端的上面配置一块导电材料的板39，一根铰接连杆40连接到这块板39上，由此连杆机械驱动操作机构18动作。外壳35由绝缘材料制成，电源导线41或输出导线42连接到盖体36或板39上，通过这些导线可将图3的电路接到电源R上。连杆机构40最好用绝缘材料制成，与板39连接的导体42穿过空间38后由开口43伸出，连杆40通过孔44与板39连接。如果不用外壳，也可用穿通PTC热敏电阻中心的夹持杆代替，外壳或夹持杆的材料为绝缘材料，它可具有非线性的，随电压变化的电阻值，例如采用陶瓷变阻器。
图3的结构中，利用器件23检测PTC材料11特性的变化，它与PTC热敏电阻结合成一体，而连杆机构40的操作方式与引线19/22是相应的。
在图4的实施例中，PTC热敏电阻50例如接在电源线路R上，与电阻并联连接的电压测量装置51通过线路52将电压信号送入由压电器件制成的执行机构53中。此电压信号引起压电器件53产生长度上的改变，这个长度变化可以由连杆54馈入操作机构18，驱使触点15打开。除了可利用长度发生变化的压电器件53外，还可应用产生弯曲变化的压电器件，可供选用的压电材料很多，例如公开在西门子文献“Vibrit”中的190163 PA 2818，顺序号为N-281/5053。
图5表示又一不同的方案。PTC热敏电阻60接到线路R上，一个保险61与之并联，保险61本身是公知的，它具有一外套62，外套的一端由一接触帽63封闭，另一端由接触帽64所封闭。在接触帽64内转入一个导管65，在导管65内塞入一个销66。熔丝67位于销66和下接触帽63之间，销66依靠弹簧向箭头A方向弹出，弹簧在图5中未示出，盖帽63和64经过引出线67和68分别接至母线R上，从而将保险61并联于PTC热敏电阻。如果出现过电流，PTC材料的阻值将上升很多，迫使电流大部分经由保险流过。于是熔丝67熔断，销66按箭头A方向移动到图中虚线所示位置66a。销66的这种动作激励操作机构18动作，于是使负荷隔离开关14断开。
也可用较简单的保险装置，这种保险只需耐受电压，不需传导额定电流。其设计要求是可传导较小的标称电流。
本发明的又一实施例表示在图6中。PTC热敏电阻71装在绝缘外壳70内。在图6中，外壳70的下端用导电材料的帽72封闭，这个帽盖呈碗形，具有扣边的L形截面的外缘73，依靠这些外缘使帽体封闭在外壳70的下端上。电导体41连接到帽体72上。PTC材料的上端与外壳70的上端有一段距离，外壳的上端由帽体74封闭，这个帽体完全与帽体72相同。在PTC材料的上端是一个导电层75，它与一个从电磁系统77穿过的导电杆76相连。导电杆76的上端则电气连接到帽体74上。位于上盖75和帽体74之间的自由空间内的开关机构78带有一释放杠杆79，它与销钉81上的锁定凸轮80相配合。当电磁系统，通过磁衔铁82的作用而动作，释放杠杆79在图中未示出的弹簧下沿顺时针方向转动到开关机构78内，在弹簧的压力作用下(图中未示)一旦锁定凸轮80释放，销81则朝箭头方向A移动，结果操作机构18如图5所示情况动作，使开关断开。这个操作机构则不再需要兼作闭锁机构。
图7示出了一种类似结构。PTC材料88位于外壳85内部，外壳由绝缘材料制成，其底部和顶部分别由帽体86和87封闭。PTC材料中心具有一开孔89，它围绕着一个导体90，这个导体在其一端(在本图中为上端)略高出PTC材料88的平面，它的另一端即下端有一板89a，该板靠螺母固定装到导体90上，同时与PTC材料88电气连接。一个U形接触件91装在导体90的自由端(位于图中上部)上，并且与触销92嵌合。
现在参考图8，这是一个局部放大图。
接触件91具有两个管脚93和94，它们与销92嵌合。销92整体形成在一个固定到护套96内的旋转部件95上，护套96由绝缘材料制成，它的一端朝向导体件90，并可旋入其内;销92从开口97伸出护套96。护套96的上端由法兰缘91a固定在盖帽87的帽底99的嵌入轮缘98上，由金属材料制成的内护套100套在象望远镜似的护套96内，内护套在护套96的底部是敞开的，而盖帽87的底部99的区域内是封闭的。内护套的末端与旋转部件95有一段距离，以避免该端部与旋转部件间的电气连接。由绝缘材料制成的外护套96在法兰盘91a范围内具有横向开口(未示出)，接触弹簧(未示出)穿过该开口整体形成在嵌合在帽底99的轮缘98外面的内护套上。内护套100是一个滑动部件，容纳有一压缩弹簧101，弹簧的一端支撑在旋转部件95上，弹簧的另一端支撑在内护套100的上封闭端上。压簧101由绝缘材料环绕，因此不可能有任何电流流过该压簧101。熔线103装在内护套和/或触片102的上端和旋转部件95之间。由此提供一个由接触部件91到部件92/95和到固定熔线103的一端部的电气通路;其另一端通过触片102，内护套100和其触簧与轮缘98相接触，该触簧通过外护套径向向外作用。当过电流出现时，熔线103融化，内护套100则受到压簧101的压力向外沿箭头方向A弹出，其方式与图5实施例中的销81一样。如果熔线103已熔断，只需拿掉护套96，用新护套替换护套100和96。可以在护套96上加装一个手柄，以便于取出和更换护套。
在图10的实施例中，没有装熔线。一个用绝缘材料制成的并超出PTC热敏电阻88的上端的导杆111用螺丝拧到导体件110上，该导体件拧入PTC材料88内。导杆111位于上端帽87的区域内，被压入处于外护套113下端的导座112内，外护套113在内端部114上具有一法兰盘，内端部位于导座112内部，压簧115支撑在这个法兰盘114上，弹簧的另一端支撑到向内卷边的内护套117的上端116上。内护套通过这个法兰盘116连接到杆118上。这个杆118插入导座112直伸到导体件110的自由端附近，导体件上装有一个弹簧119，该弹簧119为U形，具有两个腿120和121，它们向内弯曲，并在其自由端处大约呈V形，从而形成一个缩颈122。杆118的蘑菇形内端123嵌入这个缩颈122内，并依靠弹簧件119牢固地顶住弹簧115的压力。当电流增加时，温度也增加，使弹簧件119变形，弹力件119的两管脚120和121张开，释放杆118，于是杆118在弹簧115的作用力下朝外沿箭头方向A移动，这一动作带动开关操作机构18动作。弹簧件119可由热电双金属材料或形状记忆合金制成。
图6至10中的外套筒70或85由绝缘材料制成，这里可推荐采用陶瓷变阻材料。采用陶瓷变阻材料的原因可参见上面所述的德国专利说明书。
在图7-10的结构中，从下端帽86到PTC材料88的电气连接是通过一根编织线130实现的;另一根编织导线131将PTC材料的上端连接到上端帽87;于是电流通路由导体件90和熔线103和/或导体件110和护套111和/或弹簧件119和杆118直到端帽87而形成。可以获得PTC材料88的并联支路，熔线103和/或弹力件119。
在图7和8或9和10的结构中，熔线和带有导杆118的U形弹簧件119只需传导一部分电流。在图9和10的实施例情况下，导杆118需再压入，这可通过手动操作或遥控操作实现。在图7和8的实施例情况下，需更换保险器件，包括护套96，内护套100，熔线103和压弹簧101。由于这些组件只流过小部分电流，而大部分电流是由PTC热敏电阻和编织导线130和131流过的，因此可将这个熔丝的制造成本降低。如果图7和8的装置已经动作，仅需更换新的保险组件。
内护套可制成推动开关装置操作的滑动部件，或制成释放操作装置的滑动部件，该操作装置本身也起闭锁机构作用。
权利要求
1.电开关装置，它可接入电网的至少一相电源线上，并且当出现过电流时切断至少一相电源线，一个非线性电阻器与电开关串联连接，该电阻器的阻值随电流增大而呈现非线性增大，该非线性电阻器最好具有正温度系数，其特征在于，该电开关是一种隔离开关或负荷断路开关，一个线性或非线性随电压变化的阻抗如变阻器与所述非线性电阻器并联连接。
2.根据权利要求1的开关装置，其特征在于包括检测装置，当电网线路中电流变化时，检测装置测出非线性电阻器特性的变化，如果出现过电流，该装置产生相应信号，并传送到开关装置的操作机构，即当信号产生时使操作机构动作，断开开关装置。
3.根据权利要求2的开关装置，其特征在于所述装置检测非线性电阻器上电压的变化。
4.根据权利要求2的开关装置，其特征在于，所述装置检测非线性电阻器几何尺寸上的变化。
5.根据权利要求2的开关装置，其特征在于，该装置检测非线性电阻器温度的变化。
6.根据权利要求1-5之一的开关装置，其特征在于，用于检测非线性电阻器的电压变化的装置由一与非线性电阻器并联连接的执行机构形成，该机构最好是压电部件，根据它的几何形状的变化，激励开关装置的操作机构动作。
7.根据权利要求1-6之一的开关装置，其特征在于开关机构带有一个为非线性电阻配置的闭锁点，利用该闭锁点，当出现过电流时，开关机构可使隔离开关或负载断路开关动作并且将闭锁点解锁。
8.根据权利要求7的开关装置，其特征在于开关机构带有一滑动部件，当开关机构的闭锁点释放时，该滑动部件激励隔离开关或负荷断路开关的操作机构动作。
9.根据权利要求7或8的开关装置，其特征在于对非线性电阻器配置一个释放机构，该释放机构操作开关机构。
10.根据权利要求9的开关装置，其特征在于该释放机构是一种带衔铁的电磁释放机构，用于驱动开关机构的闭锁点。
11.根据权利要求9和10之一的开关装置，其特征在于电磁释放器的一部分导体连接到非线性电阻器的一电极上。
12.根据权利要求7-11之一的开关装置，其特征在于非线性电阻器与开关机构和/或释放器和/或导体共同支撑在绝缘材料制成的支撑件上。
13.根据权利要求12的开关装置，其特征在于该支撑件具有至少一个由绝缘材料制的支柱，并且非线性电阻器与开关机构和/或释放器和/或导体共同形成一个单元。
14.根据权利要求13的开关装置，其特征在于该支柱穿过非线性电阻的中心。
15.根据权利要求12的开关装置，其特征在于，所述支撑件为一个空腔或外套筒，其内至少装有非线性电阻器。
16.根据权利要求15的开关装置，其特征在于释放器和/或开关机构配置在外套筒内的自由空间内。
17.根据权利要求16的开关装置，其特征在于，该外套筒是管形，最好是圆柱形，在其端部有帽体，在帽体上连接有引入或引出线，非线性电阻器电气连接到端盖帽体上。
18.根据权利要求12-17之一的开关装置，其特征在于所述绝缘材料具有非线性电阻值，即当出现过电流时，该材料的电阻非线性变化。
19.根据权利要求11-13之一的开关装置，其特征在于，该绝缘材料是变阻陶瓷。
20.根据权利要求8-19之一的开关装置，其特征在于，该滑动部件是销子，在弹簧作用力下可弹出支撑件，具体说是外套筒。
21.根据权利要求15-20之一的开关装置，其特征在于，该非线性电阻器只部分地占据外套筒的内空间，开关机构和/或导体和/或带有衔铁的电磁系统均容纳在非线性电阻器和相邻的导电的自由端之间。
22.根据前述权利要求之一的开关装置，其特征在于，开关机构带有一闭锁机构，由闭锁弹簧将滑动部件固定，该滑动部件承受弹簧的压力，最好采用销子形式，并且当出现过电流时得以释放。
23.根据权利要求17的开关装置，其特征在于所述闭锁弹簧件为U形，带有温度变化时形状可变的锥形管脚(热电双金属材料或形状记忆合金)，锥形在后面夹住销杆内端的蘑菇形区域，从而固定住所述销杆。
24.根据权利要求1-21之一的开关装置，其特征在于采用熔丝作为闭锁机构，熔丝固定滑动部件顶住弹簧的作用力，当出现过电流时，熔丝融化，弹簧力迫使滑动部件向外移动。
25.根据权利要求24的开关装置，其特征在于，滑动部件与压力弹簧和熔丝布置在一护套内，护套的内端上带有一触头凸块，它与另一与非线性电阻器电气连接的电触头配合。
26.根据权利要求24和25的开关装置，其特征在于，滑动部件由一内护套构成，其朝外的一端封闭，朝内的一端敞开，并引入护套内，内护套中容纳有熔丝和压簧。
27.根据前述权利要求之一的开关装置，其特征在于，非线性电阻装在主电流通路内，而熔丝或U形弹簧件装在与之并行的电流旁路上。
全文摘要
开关装置，可接在中压或高压电网的至少一相线路上，当过电流时至少中断一相线路的电流。为了简化结构，降低这种开关装置的成本，将一非线性电阻器与电负荷隔离开关串联连接，该非线性电阻器具有正温度系数，它可限制过电流到由隔离开关可断开的电流水平。同样，将非线性电阻器接到负荷隔离开关上，也可用该开头中断短路电流。
文档编号H01H33/16GK1110000SQ9411886
公开日1995年10月11日 申请日期1994年11月29日 优先权日1993年11月30日
发明者P·西波尔迪, J·E·达尔德, E·杜尔尼, G·毛特赫, L·尼迈耶, S·O·奥尔森, F·佩东兴, R·施特卢姆普勒 申请人:Abb.专利有限公司