用于中压断路器的具有杯形tmf触头的真空中断器装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于中压断路器的真空中断器装置（arrangement)，其包含真空 壳体，真空壳体内部具有同轴布置并被柱形真空壳体同心环绕的一对电触头，其中电触头 形成为TMF类型的触头，每个触头包含开槽的杯形触头部，其附接至触头轴的远端并且由 布置在杯形触头部边缘上的触头环覆盖。
[0002] 真空中断器通常用于中压断路器中，用于在偶发短路电流故障时的高强度电流中 断，而且还用于负载电流的切换。为了高强度电流中断，真空电弧被压缩，释放了非常高的 热能到触头上。如果不阻止，电弧的能量会对触头产生强烈的局部过热，导致严重的触头侵 蚀，并且在零电流之后产生高金属蒸汽密度，使电流的中断非常具有挑战性或不成功。
[0003] 为了实现高强度电流中断的性能，必须通过在整个触头表面上分散能量而管理从 真空电弧产生的热量。目前具有两种标准的方法用于在某种程度上控制真空电弧，以便最 大程度地在触头区域上分布热量流动。
[0004] 通常，真空电弧控制可通过产生横向磁场（TMF)以便驱动压缩的电弧在洛仑兹力 的作用下转动来实现，或者通过产生轴向磁场（AMF)以限制围绕磁通线的带电粒子并且通 过使用小电流密度使其在整个触头表面上扩散来稳定电弧来实现。
[0005] 本发明涉及真空中断器装置，其包含形成为TMF类型触头的杯形电触头。此外，本 发明还可应用于具有外部杯形触头的双TMF触头系统。
【背景技术】
[0006] 文献W02006/002560A1公开了这样一种双TMF触头系统，其包含同轴布置在柱形 真空壳体内部的一对相应的电触头。每个电触头由外部接触片组成，其与内部接触片并行 电连接并紧密邻近内部接触片安装。这两个接触片彼此同轴布置。外部接触片为壶形，用 于容纳内部接触片，内部接触片基本为盘形并具有螺旋的缝隙。由于该特殊的电触头布置， 使得在中断期间，产生的电弧能够全部或部分地从这一对内部接触片交换至这一对外部接 触片。
[0007] 在常规的杯形TMF触头系统的例子中，电弧会形成在触头对的环之间。尤其是，在 高强度电流电弧阶段，并且在大触头间距（gap-distance)情况下，压缩的电弧根部附接在 接触片的外部边缘。在这种情况下，从某个触头间距，尤其是大于8_，电弧会经历向外弯曲 或变成电弧喷射模式。该电弧喷射模式还可在其它标准的螺旋形触头上观察到。因此，通 常增大触头-屏蔽罩的距离以避免直接的电弧与屏蔽罩相互作用。理想地，电弧应当旋转 并保持在杯形接触片的环之间，以避免其与屏蔽罩最终的相互作用并防止金属熔融扩散到 杯形触头的横向缝隙。
[0008] 本发明的目的是改善杯形触头的几何结构，用于在杯形TMF真空中断器装置中更 好地控制电弧。
【发明内容】
[0009] 根据本发明，每个杯形触头部设置有朝向触头环垂直向内的弯曲部，其中杯形触 头部的底部的外部直径大于边缘部的外部直径，以将洛伦兹力改变为朝向相应的向内方 向。
[0010] 根据本发明的方案防止杯形电触头和屏蔽罩损坏。这将在真空中断器使用寿命方 面增强可靠性以及断流的性能。本发明所提出的几何形状还可用于双TMF触头系统的外部 接触片以及用于常规的单个杯形TMF的触头。
[0011] 根据科学测试的结果，压缩电弧向外弯曲及其最终转变为电弧喷射模式最初是由 于命名为洛伦兹力的TMF驱动力导致的。外部杯形触头的洛伦兹力的形状从某种程度上通 常是向外指向。因此，在洛伦兹力作用下旋转的电弧也在这些洛伦兹力自身的作用下被向 外推动。
[0012] 为了防止该影响，应当改变触头的几何形状来将洛伦兹力的形状改变为朝向向内 的方向，或者至少与旋转电弧的速度向量在一条直线上。根据本发明，这可以通过改变触头 中垂直方向上的电流路径来实现，因为随后磁场的方向会发生改变，使洛伦兹力更向内朝 向。
[0013] 为了获得期望的洛伦兹力朝向的效果，提出设计外部杯形触头具有朝向触头表面 环的垂直向内弯曲部。其效果是保持外部触头环之间的旋转电弧并防止其最终与屏蔽罩相 互作用并减少对缝隙的熔融扩散。该特别设计的另一个积极效果是减小了屏蔽罩和触头之 间的距离。然后可避免过大的尺寸而实现更加紧凑的设计并节省材料。
[0014] 原则上，洛伦兹力的方向主要受到外部杯形弯曲部的影响并且向内弯曲部会以期 望的方式显著改变洛伦兹力的方向。从这点可以看出，根据本发明的向内弯曲部给出了洛 伦兹力定向的最佳解决方式，以在外部环之间保持电弧并减少其与屏蔽罩相互作用的可能 性。
[0015] 本发明具有多个满足TMF洛伦兹力朝向向内方向定位要求的特定实施例。被认为 是任意TMF杯形触头设计的触头设计的优选实施例会在下文进行描述：
[0016] 根据第一优选实施例，杯形触头部上的垂直向内弯曲部由向内弯曲的杯形触头部 的扁平凸缘部提供。所述的扁平凸缘部具有固定的壁厚。触头环布置在杯形触头部的边缘 上，其由扁平凸缘部的远端形成。
[0017] 在第二优选实施例中，杯形触头部设置有布置在凸缘部内壁上的凹槽。
[0018] 根据第三优选实施例，杯形触头部设置有布置在其边缘区域中的凸缘部的外壁上 的凹槽。此外，在凸缘部的内壁上，优选地在杯形触头部的底部区域中布置其它凹槽是可行 的。
[0019] 尽管前述优选实施例涉及单个的杯形TMF触头，但本发明还可应用于双TMF触头 系统，其实质上由被外部杯形接触片环绕的盘形内部接触片组成。在这些触头系统中，优选 的螺旋开槽的外部杯形接触片优选地对应于螺旋开槽的内部接触片。
[0020] 结合附图理解本发明下面的详细描述，本发明的前述和其它方面将变得显而易 见。
【附图说明】
[0021] 图1是穿过具有真空中断器装置的中压断路器的纵向部分，
[0022] 图2是其间具有真空电弧的相应电触头的一部分的示意性侧视图，
[0023] 图3是如图2所示的电触头的透视图，
[0024] 图4是根据第一实施例的杯形触头部的第一实施例的剖面侧视图，
[0025] 图5是根据第二实施例的杯形触头部的第二实施例的剖面侧视图，
[0026] 图6是根据第三实施例的杯形触头部的第三实施例的剖面侧视图，
[0027] 图7是根据第四实施例的杯形触头部的第四实施例的剖面侧视图，
[0028] 图8是根据第五实施例的杯形触头部的第五实施例的剖面侧视图，以及
[0029] 图9是如图8所示的触头部的透视图。
【具体实施方式】
[0030] 如图1所示的中压断路器实质上由真空中断器的绝缘电极部1组成，其内同轴布 置有一对电触头2a，2b。固定电触头2a对应于可动电触头2b。电触头2a和2b都分别具 有相应的外部电连接器3a和3b，并且它们形成了电开关以用于电极部1的真空壳体4内部 的电力中断。可动电触头2b可通过中间轴5在闭合和打开位置之间移动。中间轴5在内 部将电磁致动器6的机械能耦合至绝缘部1内部的移动电触头2b。为了确保在移动附接至 电磁致动器6的可动电触头2b之间的电连接，在所述的可动电触头2b和外部电连接器3b 之间设置有柔性导体7。
[0031] 根据图2,每个电触头2a和2b都具有形成TMF触头的开槽的杯形设计。每个触头 部9a和9b分别附接至触头轴8a或8b的远端。在电流中断期间，电弧区X布置在电触头 2a和2b的两个杯形触头部9a和9b之间。
[0032] 如图3所示，杯形触头部9a(例如）由布置在开槽的杯形触头部9的边缘11上的 触头环10覆盖。
[0033] 在示出了杯形触头部9的第一优选实施例的图4中，提供有垂直反向弯曲的扁平 凸缘部12,其指向触头环10。杯形触头部9的底部的外部直径大于边缘部11的外部直径 以便改变洛仑兹力朝向相应的反