在每一侧具有双共轴触头布置的真空断路器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及真空断路器，其具有布置在同心杯形AMF线圈内的双共轴触头布置，其中，内部触头具有TMF状的或销形的形状，所述真空断路器在每侧，即，根据权利要求1前序部分的静止触头布置侧以及移动触头布置侧，具有单层或多层触头部件。为进一步增强该特定结构以导致高导电性和低电阻，本发明为，外部杯形触头由双层或多层布置制成，其中至少一层由硬钢或钢合金制成，并且至少第二层由具有高导热性的材料制成。
【专利说明】在每一侧具有双共轴触头布置的真空断路器
【技术领域】
[0001] 本发明设及真空断路器，其在每一侧（即，根据权利要求1的前序部分所述，在静 止触头布置侧W及在可动触头布置侧）具有位于同屯、地布置的触头部件内部的双触头布 置。
【背景技术】
[0002] 对于被设计用于高电流中断和作为成本有效的真空断路器的双触头真空断路器 概念的多个结构的有着不断的改进。双触头组件最吸引人的特征是标称电流传导元件（其 意指内部触头）与电流断路元件（其意指外部触头）之间的分离功能。W该种方式，每个 元件能够依赖其最佳形状来进行设计，并且能够由其最佳的材料来进行制造。
[0003] 该种双触头布置从EP2434513A1是已知的。内部触头担负标称电流传导，并且因 此应当具有非常小的总电阻（接触电阻和体积电阻）。出于该个原因，内部触头是TMF状的 触头或对接触头炬utt contact),并且由高导电材料制成，像铜或化化。内部触头，遵循现 有技术描述，在电弧交换至外部触头之前保持电弧最初的阶段。
[0004] 外部触头，仅担负AMF场产生，因此可被设计成具有由硬导电材料（像不诱钢）制 成的薄的杯形层。该选择与常规的AMF触头相比提供了导致更低的材料成本和非常鲁椿的 触头组件的很多有益效果。该些有益效果是：
[0005] 1.高机械强度
[0006] 2.更低成本的材料（取代铜或化化的不诱钢）
[0007] 3.更小质量的触头-降低驱动触头断开力
[000引 4.大而有效的AMF面积导致更大的分散真空电孤分布
【发明内容】
[0009] 因此，本发明的一个目标是，进一步增强该特定结构，W导致高导电性和低电阻。
[0010] 通过本发明可导致该结果，在本发明中，外部杯形触头由单层、双层或多层布置构 成，其中，至少一层由硬钢或钢合金制成，并且，在多层布置的情况下，至少第二层由具有高 导热性的材料制成。
[0011] 有益的是，高导热性的材料是铜。
[0012] 在进一步有益的实施例中，硬钢或钢合金是不诱钢。
[0013] 在进一步的有益的实施例中，双层或多层触头布置的内部层由不诱钢或具有相同 刚性的另外的材料制成，并且外部层由铜制成。
[0014] 在进一步的有益的实施例中，在杯形触头布置的情况下，触头布置的内部层由铜 制成，而另一层或外部层（在杯形布置的情况下）由不诱钢制成。
[0015] 在进一步的有益的实施例中，触头部件像该样定位，W使得当真空断路器处于闭 合位置时仅内部触头相接触，并且全部标称电流经内部触头流过。
[0016] 在进一步的实施例中，在真空断路器的断开位置处，内部触头与外部触头之间的 间隙距离保持相同。但在闭合位置处，准全部的标称电流经内部触头流过。
[0017] 最后的有益的实施例是，在真空断路器的断开位置处，外部触头之间的间隙距离 小于内部触头之间的间隙距离。但在闭合位置处，标称电流的大部分经内部触头流过。
[0018] 为避免术语触头与电极之间的混淆，指定电极是整个移动或静止的部件。在该种 情况下，电极包括内部和外部触头的组合。首先，内部和/或外部触头的相对位置能够根据 W下的变形被分类：
[0019] 为认识到该一点的详细版本在W下的说明中公开。
【具体实施方式】
[0020] 就双触头系统真空断路器的触头元件布置来说，存在多种可行的触头元件相互之 间的布置。双触头的内部部件被设计用于标称电流路径，因此接触电阻应当尽可能小。该 通过施加大闭合力W最小化接触电阻来实现。通常，接触电阻Rc与闭合力的平方成反比， 良P，随闭合力增大而降低。
[0021] (1)
[0022] 该变化能够通过W下的图1来说明，其W示出了带有化触头的真空断路器的 总阻抗化=Rb+Rc)作为接触负载的函数的变化。
[0023] 在双触头电极的情况下，每个触头（内部或外部）的接触电阻能够通过改变接触 力分布来调整。该是设及如请求保护的结构特征的本发明的基础功能特征。
[0024] 与已经在上面所说的内容类似，为了避免术语触头与电极之间的混淆，电极特指 整个移动或静止的部件。在该实例中的电极包括内部和外部触头的组合。首先，可根据W 下的变化对内部和/或外部触头相对位置进行分类，类似于在图2中所看到的。
[0025] 1.)在第一个实例中，当开关处于闭合位置时，仅内部触头相接触，并且整个标称 电流经其流过。当执行电流断路时，其还用在最初的真空电弧阶段。
[0026] a.)移动和静止电极两者的内部触头（TMF状），相对于外部触头凸出，如图2a中 所示。
[0027] b.)可替代地，内部触头当中仅有一个（移动的或静止的那个）相对于外部触头凸 出，而另一内部触头处于与外部触头相同的水平，见图化。
[002引在该实例中，在闭合位置处，总的力由内部触头保持。该意味着标称电流全部经内 部触头流过。
[0029] 当断开的时候，电弧首先点燃在内部触头之间，随后随着触头距离的增加发展到 后续模式，然后在若干毫秒之后部分地交换至外部触头。该时，外部触头开始产生对应流经 其中的电流的AMF场。其后，由于AMF的产生开始有一些延迟，电弧花费了另外的几毫秒来 交换至完全分散的电弧（注；由于此处未考虑由祸流效应导致的B场（AM巧与电流之间的 相移引起的延迟；其被发现在该双触头结构中是可忽视的。）
[0030] 2.)在第二实例中，内部触头（移动的和静止的）与外部触头（移动的和静止的） 之间的间隙距离（在断开位置）保持相同。可区分两个相对位置实例。
[0031] a.) -个电极（移动的和静止的）的内部触头相较于外部触头升高，而相对的电极 的内部部件的位置被降低（或朝内部推入）；参见图2c。
[0032] b.)所有的内部和外部触头处于相同的水平，参见图2d。
[0033] 在该实例中，在闭合位置，由于如在实例3所描述的外部触头的弹性变形，准全部 的力（99% )被内部触头所保持。该意味着，经内部触头的接触电阻比经外部触头的接触电 阻低得多。
[0034] 当断开的时候，由于最后的接触点是在外部触头之间，因此外部触头的弹性变形 特性确保了外部触头之间的电弧点燃。
[0035] 该两种结构使该配置具有非常大的益处，因为其对于标称电流（内部触头之间） 和外部触头之间的电弧点燃具有低接触电阻的益处，外部触头负责AMF场的产生。利用该 配置，该电弧交换至完全分散电弧花费更短的时间。
[0036] 3.)第S个实例与第一个实例相反，即，外部触头之间的间隙距离（位于断开位 置）小于内部触头之间的间隙距离。然而，该种区别应当小至0. 1-2. 5mm，并且优选地为 0.5-1. 5mm。此处，我们还能够区别两个实例。
[0037] a.)两个内部触头均相较于外部触头被向内推入，但W非常小的距离；参见图2e。
[003引 b.) -个电极的内部触头被朝向内部推入，而相对的电极的另一内部触头被保持 在与外部触头相同的水平上，参见图2f。
[0039] 取决于相应的间隙距离的差别和外部触头线圈的弹性，内部触头可或者接触，或 者不处于闭合位置。在内部触头之间大的相应间隙距离和/或低的外部触头线圈弹性的实 例中，全部的力由外部触头保持（实例1)，但在内部触头之间小的相应间隙距离和/或大的 外部触头线圈弹性的实例中，大量的力由内部触头保持（实例2)。
[0040] 在该实例中，电弧点燃将在外部触头处开始，但内部触头（用于标称电流）的接触 电阻被增大，除非外部触头的弹性特性被改变（用来增加外部触头的变形）。
[0041] 重要的是，注意到外部触头的弹性能够被外部触头的直径W及杯厚度和杯材料所 影响。
[0042] 根据另一个实施例，外部触头（杯形的）由双层或多层制成，其中一层至少由坚固 的、弹性的导电材料制成，像不诱钢，并且至少第二层由高导热材料制成，像铜。该种组合为 触头组件同时提供了鲁椿性和成本有效性标准，并且在电弧期间和之后保证更好的热管理 (快速触头冷却）。
[0043] 取决于预期的应用，多层杯形触头可W在层的叠加顺序方面具有若干不同布置。 例如，对于双层来说：
[0044] 1.)内部层由不诱钢（硬导电材料）制成，并且外部层由铜制成（极好的热和电 导体）。在该实例中，短路电流的主要部分通过外部层（铜），因此增加了有效的AMF面积。 该布置对于增加的高电流断路性能是有益的。
[0045] 2.)内部层由铜制成，并且外部层由不诱钢制成。此处，杯形触头的外部层由不诱 钢制成，因此可被认为耐受朝向屏蔽罩的高压。该种布置对于高压应用来说能够是好的选 择。由于如图所示的在外部触头弹性方面的改变，通过使用该两种布置，接触力分布稍有改 变，例如参见图3。通过使用双层，外部触头之间的力从在不诱钢单层的情况下的100N降低 至 70N。
[0046] 3.)可替代地，内部层可由不诱钢制成，并且第二层由铜制成；第S非常薄的层可 置于第二外部层之上，并且由不诱钢或具有良好的高压耐受特性的另外的金属（镶、钢合 金等等）制成。该非常薄的层可通过例如采用电锻、电铸或PVD工艺等涂覆而获得。利用 该多层结构，我们在高电流断路过程期间增加了有效的AMF面积，并且增加了真空断路器 的高压耐受性能。
[0047] 4.)可替代地，多层杯形触头的相反布置是可行的。内部层由铜制成，并且外部层 由不诱钢制成（不诱钢层对于触头鲁椿性是必要的）。不诱钢层被一非常薄的铜层置于其 上，该非常薄的铜层可利用电锻、电铸或PVD工艺等等涂覆获得。
[0048] 因此，图3a、3b、3c和3d示出了不同的实施例。
[0049] 图3a示出了具有不诱钢内部层和铜外部层的双层系统。
[0050] 图3b示出了具有铜内部层和不诱钢外部层的双层系统。
[0051] 图3c示出了具有不诱钢内部层，加上带有被薄钢/镶层覆盖的铜外部层的多层系 统。
[0052] 图3d示出了具有铜内部层，加上带有被薄铜层覆盖的不诱钢外部层的多层系统。
【权利要求】
1. 一种真空断路器，具有布置在同心杯形AMF线圈内的双共轴触头布置，其中，内部触 头具有TMF状或销形的形状；所述真空断路器在每一侧，S卩，在静止触头布置侧以及能够移 动的触头布置侧，具有单层或多层布置的触头部件， 所述真空断路器的特征在于， 外部杯形触头由单层、或双层或多层布置制成，其中至少一层由硬钢或钢合金制成，并 且在多层布置的情况下，至少第二层由具有高导热性的材料制成。
2. 根据权利要求1所述的真空断路器， 其特征在于， 所述具有高导热性的材料是铜、银、银合金或铜合金。
3. 根据权利要求1所述的真空断路器， 其特征在于， 所述硬钢或钢合金是不锈钢。
4. 根据权利要求1、2或3所述的真空断路器， 其特征在于， 双层或多层触头布置中的内部层由不锈钢或具有相似刚性的其它材料制成，并且外部 层或第二层由铜制成。
5. 根据权利要求1、2或3所述的真空断路器， 其特征在于， 在杯形触头布置的情况下，触头布置的内部层由铜制成，而另一层或外部层由不锈钢 制成。
6. 根据前述权利要求1至4中的一项所述的真空断路器， 其特征在于， 采用耐高压材料制成的最高100 U m厚的非常薄的层覆盖或涂覆所述外部层。
7. 根据权利要求6所述的真空断路器，其特征在于， 薄层材料是镍、钢或钢合金。
8. 根据前述权利要求1至3和5中的一项所述的真空断路器， 其特征在于， 采用由铜、银或铜合金制成的最高100 U m厚的非常薄的层覆盖或涂覆所述外部层。
9. 根据前述的权利要求1至8当中的一项所述的真空断路器， 其特征在于， 所述触头部件被定位成使得当所述真空断路器处于闭合位置时，仅内部触头相接触， 并且全部标称电流经内部触头流过。
10. 根据前述的权利要求1至8当中的一项所述的真空断路器， 其特征在于， 在所述真空断路器的断开位置处，内部触头之间和外部触头之间的相应间隙距离保持 相同。
11. 根据前述的权利要求1至8当中的一项所述的真空断路器， 其特征在于， 在所述真空断路器的断开位置处，外部触头之间的间隙距离小于内部触头之间的间隙 距离。
12. 根据前述的权利要求1、9至11所述的真空断路器， 其特征在于， 在所述真空断路器的闭合位置处，全部或准全部标称电流经内部触头流过。
13. 根据前述的权利要求1和9所述的真空断路器， 其特征在于， 当在电流断路过程期间断开（分离）真空断路器的触头时，电弧点燃在内部触头之间 发生，随后在对应于流经外部触头的电流产生的AMF的作用下部分地或全部地交换至外部 触头并且转换成分散的电弧。
14. 根据前述的权利要求1和10至12所述的真空断路器， 其特征在于， 当在电流断路过程期间断开（分离）真空断路器的触头时，电弧点燃在外部触头之间 发生，随后在对应于流经外部触头的电流产生的AMF的作用下快速转换成分散的电弧。
【文档编号】H01H33/664GK104488057SQ201380038542
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年6月11日 优先权日:2012年6月11日
【发明者】D·根奇, T·拉马拉, A·索克洛夫 申请人:Abb技术股份公司