真空开关和用于其的电极组件的制作方法
【专利摘要】一种电极组件(100，200，300)被提供用于真空开关(2，2')，该真空开关(2，2')包括：真空封套(4，4')；固定触点组件(6，6')，其包括在真空封套(4，4')内设置的固定触点(8，8')；以及可移动触点组件(10，10')，其包括在真空封套(4，4')内设置的可移动触点(12，12')，并且在与固定触点(8，8')电接触的闭合位置和从固定触点(8，8')间隔开的打开位置之间可移动。电极组件(100，200，300)包括至少一个电极束(102，104；202，204；302)，其具有耦合到固定触点组件(6，6')和可移动触点组件(10，10')中相应一个组件的多个电极(106，108；206，208；306)。电极(106，108；206，208；306)从固定触点(8，8')和可移动触点(12，12')中的相应一个触点处或附近朝向真空封套(4，4')的第一端(14，14')和真空封套(4，4')的第二端(16，16')中的较近端延伸。
【专利说明】真空开关和用于其的电极组件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年11月15日提交的美国专利申请序列号N0.13/296，503的权益，其通过引用并入在此。
【技术领域】
[0003]所公开的概念涉及诸如例如包括(诸如例如真空中断器的)真空封套的真空开关的真空开关装置。所公开的概念同样涉及用于真空中断器的电极组件。
【背景技术】
[0004]真空中断器包括在绝缘并且气密密封的真空腔室内设置的可分离主触点。真空腔室通常包括例如但不限于用于由若干端构件(例如但不限于诸如金属端板；端盖；密封杯的金属部件)来电气绝缘封顶的若干陶瓷部分(例如但不限于若干管状陶瓷部分)，以形成其中可抽吸部分真空的封套。示例陶瓷部分通常是圆柱形的；然而，可使用其它合适的横截面形状。通常采用两个端构件。当存在多个陶瓷部分时，内部中心屏蔽被设置在示例陶瓷部分之间。
[0005]诸如真空电路中断器(例如但不限于真空断路器；真空开关；负载断路开关)的真空电切换装置提供对电系统免于诸如例如电流过载、短路和低电平电压情况的电故障情况的保护。通常，真空电路中断器包括以弹簧为动力或其它合适的操作机构，其打开在若干真空中断器内侧的电触点，以响应于异常条件来中断流过在电系统中导体的电流。
[0006]真空中断器的主触点通过电极杆(通常由高纯度铜制成的细长构件)被电连接到通过真空电路中断器保护的外部电路。一般地，触点中的一个触点相对于真空腔室以及对于外部电路被固定。固定触点被安装到通过一个端构件延伸的第一电极上的真空封套中。其它触点相对于真空封套可移动。可移动触点被安装到通过其它端构件轴向可滑动的可移动电极上。可移动触点由操作机构驱动，并且操作机构的运动通过包括密封金属波纹管的耦合件而在真空封套内侧传递。固定和可移动的触点形成一对可分离触点，其响应于位于真空封套外侧的操作机构而通过可移动电极的运动来打开和闭合。如果可能的话，电极、端构件、波纹管、陶瓷外壳和内部屏蔽结合到一起，以形成能够在合适水平处保持部分真空持续延长时间周期的真空中断器(VI)。
[0007]真空中断器仅在异常条件下通过从固定触点打开可移动触点来主动要求中断故障电流。大多数时间真空中断器采用与固定触点电连接的可移动触点来处于闭合位置处，被动地连续穿过额定(即标称)的电路电流。由于真空中断器本身的固有电阻，连续电流的穿过产生热量，导致真空中断器部件以及连接到真空中断器的母线(bus bar)的温度上升。
[0008]随着在中压开关柜中的真空中断技术的广泛接受，真空中断器用于越来越苛刻的应用。一个示例是不断增加的连续电流需求。因此，电极杆的直径变得越来越大。然而，对于采用比大约2英寸更大直径的电极，例如对于实际的50Hz或60Hz电流，由于集肤效应和邻近效应，交变电流(AC)电阻比其直流(DC)电阻显著更大。真空中断器的大小限制了可装入到它的电极直径。出于这个原因，难以实现给定真空中断器大小的相对高的连续电流承载能力。
[0009]因此，存在在诸如真空中断器的真空开关中以及在用于其的电极组件中的改进空间。
【发明内容】
[0010]这些需求和其它需求通过目的在于用于真空开关的改进电极组件的公开概念的实施方式来满足。
[0011]作为所公开概念的一个方面，为真空开关提供电极组件。真空开关包括:真空封套；固定触点组件，其包括在真空封套内设置的固定触点；以及可移动的触点组件，其包括在真空封套内设置的可移动触点，并且在与固定触点电接触的闭合位置和从固定触点间隔开的打开位置之间可移动。真空封套包括第一端和与第一端相对设置并且远离第一端的第二端。电极组件包括:至少一个电极束，其包括被构造成耦合到固定触点组件和可移动触点组件中相应一个组件的多个电极。该电极被构造成从固定触点和可移动触点中的相应一个触点处或附近朝向真空封套的第一端和真空封套的第二端中的较近端延伸。
[0012]电极可被构造成完全设置在真空封套内，或可替代地通过真空封套的第一端和真空封套的第二端中的相应一端而从真空封套内延伸。
[0013]第一电极束可具有多个第一电极，并且第二电极束可具有多个第二电极，其中第一电极束被构造成设置在固定触点组件上，并且第二电极束被构造成设置在可移动触点组件上。
[0014]作为所公开概念的另一方面，真空开关包括:真空封套，其包括第一端和相对第一端设置并且远离第一端的第二端；固定触点组件，其包括设置在真空封套内的固定触点；可移动的触点组件，其包括在真空封套内设置的可移动触点，并且在与固定触点电接触的闭合位置和从固定触点间隔开的打开位置之间可移动；以及电极组件包括:至少一个电极束，其包括被耦合到固定触点组件和可移动触点组件中相应一个组件的多个电极。电极从固定触点和可移动触点中的相应一个触点处或附近朝向真空封套的第一端和真空封套的第二端中的较近端延伸。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]当结合附图阅读时，所公开概念的完整理解可从优选实施例的以下描述中获得，在附图中:
[0016]图1是根据公开概念实施例的真空中断器和用于其的电极组件的局部等距剖视图；
[0017]图2是图1的电极组件一部分的等距视图；
[0018]图3是图1的电极组件的另一部分的等距视图；
[0019]图4是根据公开概念的另一实施例的真空中断器和用于其的电极组件的局部等距剖视图；
[0020]图5是图4的电极组件一部分的等距视图；[0021]图6是根据公开概念的另一实施例的真空中断器和用于其的电极组件的一部分的局部等距剖视图；以及
[0022]图7是图6的电极组件一部分的等距视图。
【具体实施方式】
[0023]在此使用的诸如例如“左”、“右”、“上”、“下”、“顶”、“底”及其派生词的方向术语涉
及在附图中示出的元件取向，并且不限于权利要求，除非其中明确表述。
[0024]如在此采用的，术语“真空封套”指采用其中部分真空的封套。
[0025]如在此采用的，术语“部分真空”指由合适机构(例如但不限于真空炉)部分抽空(例如到切实可行的最高程度；到相对高的程度；到适于在真空切换装置应用中使用的程度)的空间(例如在真空封套内)。
[0026]如在此采用的，术语“真空切换装置”或简单的“真空开关”应指采用固定触点、可移动触点和承载电流至Ij触点以及从触点承载电流的相应固定电极和可移动电极的真空封套。用于真空切换装置的非限制性应用包括断路器、中断器、开关、发电机断路器、负载断路器开关(LBS)、接触器、低压(LV)切换装置、中压(MV)切换装置、高压(HV)切换装置和真空电切换装置。
[0027]如在此采用的，两个或更多部件“耦合”到一起的表述应指该部件直接或通过一个或多个中间部件结合到一起。
[0028]如在此采用的，术语“若干”应指一个或大于一个的整数(即多个)。
[0029]图1示出根据公开概念的一个非限制性实施例而利用电极组件100的诸如真空中断器2的真空开关。真空开关2包括真空封套4，其在图1中部分剖切以示出隐藏结构。固定触点组件6部分地处于真空封套4内，并且包括固定触点8。可移动触点组件10同样部分地处于真空封套4内，并且包括可移动触点12，其在与固定触点8电连接的闭合位置和从固定触点8间隔开的打开位置之间可移动(例如从图1透视向上和向下)。真空封套4包括第一和第二相对端14、16。
[0030]在图1-3的非限制性示例中，电极组件100包括至少一个电极束102、104 (两个被示出)，其包括被构造成稱合到固定触点组件6和可移动触点组件10中相应一个组件的多个电极106、108。更具体地，电极106、108从固定触点8和可移动触点12中的相应一个触点处或附近朝向真空封套4的第一端14和真空封套4的第二端16中的较近端延伸。换句话说，不像具有多个电极的已知现有技术真空中断器设计(未示出)，其中耦合到固定端的电极朝向真空封套的可移动端延伸并且反之亦然，以使得有意延长电弧并且在这些多个电极之间旋转电弧，可移动触点组件的电极在固定触点组件的电极之间移动，为了更好的电弧中断，有意减小电极组件的AC电阻，公开概念的电极束102、104 —般分别自包含在相应固定触点8或可移动触点12的一侧上。同样将理解的是，根据公开的概念，仅固定触点组件6和可移动触点组件10中的一个组件和/或仅其一个部分或多个部分需要具有电极束(例如不限于102、104)。也就是说，虽然参考附图1-3示出并且描述的示例的固定触点组件6和可移动触点组件10两个都采用电极束102、104，但是这种情况不是必须的。
[0031]进一步将理解的是，电极(例如电极106)可完整地设置在真空封套4内。或者，电极(例如电极108)可通过真空封套4的第一端14和第二端16中的相应一端而从真空封套4内延伸。例如并且不限于，在图1的非限制性示例中，通过到其外部的真空封套4的第二端16，电极108在真空封套4内从可移动触点12处或在其附近延伸。
[0032]继续参考图1，并且同样参考图2和图3，示出的电极组件100包括具有多个第一电极106的第一电极束102和具有多个第二电极108的第二电极束104。第一电极束102被设置在固定触点组件6上，并且第二电极束104被设置在可移动触点组件10上。更具体地，第一电极106 —般在固定触点8和真空封套的第一端14之间延伸，并且第二电极108通过真空封套4的第二端16而从靠近可移动触点12处延伸，如前面所讨论的。
[0033]如在图2和3中最优示出的，示例电极组件100的第一电极束102包括在同心圆模式中布置的十二个第一电极106，并且第二电极束104包括同样在一般同心圆模式中布置的五个电极108 (全部在图1中示出)。因此，将理解的是，公开概念的关键特征在于，为了减小涡电流效应以及因此整个电极组件100的交流(AC)电阻，电极的一个部分或多个部分(而不是单个电极)由如在此定义的“电极束”的小直径子电极组替换。然而将理解的是，如前面所讨论的，仅需要一个电极束(例如但不限于102、104)，并且可利用任何已知或合适的电极(例如不限于106、108)替代大小、数量和/或配置，而不背离公开概念的范围。
[0034]例如并且不限于，图4和5示出根据公开概念的电极组件200的非限制性替代示例实施例，其中真空开关2’(图4)具有纵轴400，并且电极206关于该纵轴400被扭转。更具体地，如同关于图1-3在上文讨论的前述真空开关2，真空开关2’包括真空封套4’ ；固定触点组件6’，其包括在真空封套4’内设置的固定触点8’ ；以及可移动的触点组件10’，其包括在真空封套4’内设置的可移动触点12’，并且在与固定触点8’电接触的闭合位置和从固定触点8’间隔开的打开位置之间可移动。真空封套4’进一步包括第一端14’和第二相对端16’ ο
[0035]在图4和5的示例中，固定触点组件6’进一步包括杆18’、第一平面构件20’以及相对设置并且远离第一平面构件20’的第二平面构件22’。如前面讨论的，电极206关于纵轴400被扭转。也就是说，电极206的每个电极包括被耦合到第一平面构件20’的第一端210，和耦合到第二平面构件22’的第二端212。每个电极206的第二端212关于这种电极206的第一端210偏移，如在图5中最优示出的。换句话说，电极206被扭转以便进一步减少涡电流效应以及因此减小AC电阻。
[0036]图6和7示出电极组件300的进一步非限制性替代实施例，其中电极束302进一步包括套筒350，并且电极306、308、310、312 (图7)被设置在套筒350内。可在某些模式中交织或编织电极306、308、310、312，例如并且不限于诸如利兹线(litz wire)模式，以减少在电极中AC电流的集肤效应和邻近效应，以及因此减少电阻。将理解的是，无论电极是否被设置在不需要的套筒(例如350)内，这是真实的。图7同样示出公开概念的另一个非限制性方面。也就是说，根据公开概念，任何已知或合适的电极束(例如并且不限于302)的电极可具有不同直径。在图7中，四个不同的电极直径以交织或编织的方式在套筒350内采用。具体地，十个第一电极306被布置在正好套筒350内侧的外部圆周附近的一般圆形模式中。十个第二电极308然后在第一电极306和中心电极310之间从第一电极306向内设置。最后，在电极306最外排之间的散布是所示出的第四电极312。将理解的是，电极306、308,310,312的全部可具有任何已知或合适的直径。例如并且不限于，示例第一电极306具有第一直径314，第二电极308具有第二直径316，第三电极310具有第三直径318，并且第四电极312具有第四直径320，它们全部都不同。
[0037]公开概念的另一个非限制性方面是构成电极束的一个或多个电极，例如并且不限于(出于较小导电性但机械更强的材料(例如不限于不锈钢))在图7中的中心电极310，以改进机械强度，并且无需牺牲电极组件(例如300)的导电率。
[0038]因此，所公开概念提供电极组件(例如不限于100、200、300)，该组件在其它益处之间被构造成通过用合束到一起的多个相对更小直径的电极束替换传统单个相对大直径的电极，来增加真空中断器的(例如不限于2和2’)连续电流承载能力，以承载相对高的连续电流。
[0039]虽然已经详细描述了公开概念的具体实施例，但是本领域技术人员将理解的是，根据公开的总体教导可改进那些细节的各种修改和替代。因此，公开的特定布置仅指说明性并且不限于公开概念的范围，该范围由所附权利要求的全部宽度及其任何和全部等价来
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【权利要求】
1.一种电极组件(100，200，300)，用于真空开关(2，2’)，所述真空开关(2，2’)包括:真空封套(4，4’)；固定触点组件(6，6’)，其包括在所述真空封套(4，4’)内设置的固定触点(8，8’)；以及可移动触点组件(10，10’)，其包括在所述真空封套(4，4’)内设置的可移动触点(12，12’)，并且在与固定触点(8，8’)电接触的闭合位置和从固定触点(8，8’)间隔开的打开位置之间可移动，所述真空封套(4，4’)包括第一端(14，14’)和相对设置并且远离第一端(14，14，)的第二端(16，16’)，所述电极组件(100，200，300)包括: 至少一个电极束(102，104 ;202，204)，其包括被构造成耦合到所述固定触点组件(6，`6’)和所述可移动触点组件(10，10，)中相应一个组件的多个电极(106,108 ；206,208), 其中所述电极(106,108 ；206,208)被构造成从固定触点(8，8，)和可移动触点(12，`12’)中的相应一个触点处或附近朝向所述真空封套(4，4’)的第一端(14，14’)和所述真空封套(4，4’)的第二端(16，16’)中的较近端延伸。
2.根据权利要求1所述的电极组件(100)，其中所述电极(106)被构造成完全设置在所述真空封套(4)内。
3.根据权利要求1所述的电极组件(100)，其中所述电极(108)被构造成通过所述真空封套(4)的第一端(14)和所述真空封套(4)的第二端(16)中的相应一端而从所述真空封套⑷内延伸。
4.根据权利要求1所述的电极组件(100)，其中所述至少一个电极束是具有多个第一电极(106)的第一电极束( 102)和具有多个第二电极(108)的第二电极束(104);其中所述第一电极束(102)被构造成设置在所述固定触点组件(6)上；以及其中所述第二电极束(104)被构造成设置在所述可移动触点组件(10)上。
5.根据权利要求4所述的电极组件(100)，其中所述第一电极(106)被构造成在固定触点(8)和所述真空封套的第一端(14)之间延伸；以及其中所述第二电极(108)被构造成通过所述真空封套(4)的第二端(16)而从靠近可移动触点(12)处延伸。
6.根据权利要求5所述的电极组件(100)，其中所述第一电极束(102)包括在同心圆模式中布置的十二个第一电极(106);以及其中所述第二电极束(104)包括在同心圆模式中布置的五个第二电极(108)。
7.根据权利要求1所述的电极组件(200)，其中所述真空开关(2’)进一步包括纵轴(400);以及其中所述电极(206)关于所述纵轴(400)被扭转。
8.根据权利要求7所述的电极组件(200)，其中所述固定触点组件出’)进一步包括杆(18’)、第一平面构件(20’)以及相对设置并且远离第一平面构件(20’)的第二平面构件(22’)；其中所述电极(206)的每个电极包括被构造成耦合到第一平面构件(20’)的第一端(210)，和构造成耦合到第二平面构件(22’)的第二端(212);以及其中每个电极(206)的第二端(212)关于所述电极(206)的第一端(210)偏移。
9.根据权利要求1所述的电极组件(300)，其中所述电极(306，308，310，312)以交织或编织的方式来设置。
10.根据权利要求1所述的电极组件(300)，其中所述电极(306，308，310，312)中的每个电极具有直径(314,316,318,320);以及其中所述电极(306，308，310，312)中的一些电极的直径(314，316，318，320)与至少一些其它电极(306，308，310，312)的直径(314，316，`318,320)不同。
11.一种真空开关(2，2’)，其包括: 真空封套(4，4’)，其包括第一端(14，14’)和相对设置并且远离第一端(14，14’)的第二端(16，16，)； 固定触点组件(6，6’)，其包括设置在所述真空封套(4，4’)内的固定触点(8，8’)；可移动的触点组件(10，10’)，其包括在所述真空封套(4，4’)内设置的可移动触点(12，12’)，并且在与固定触点(8，8’)电接触的闭合位置和从固定触点(8，8’)间隔开的打开位置之间可移动；以及 根据权利要求1-10中的 任何一项所述的电极组件(100，200，300)。
【文档编号】H01H33/664GK103930965SQ201280056086
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年10月30日 优先权日:2011年11月15日
【发明者】李王培, M·洛伊森坎普 申请人:伊顿公司