专利名称：断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种例如在发电厂、变电站和其他供电设备中用来接通和分断工作电流和过电流用的断路器。
在EP-B-0177714公开的一种这类断路器中，其压力容积只通过加热容积与排气口接通。所以在大电流强度情况下，压力室不能直接卸载。为了在大电流强度时避免过压力，压力室和加热容积必须相应设计成在较小电流时压力增加只可能对电弧熄灭产生很小的作用。所以，在公开的这种断路器中，为了避免过压力，电弧区域直接与排气口连通。EP-A-0456139公开了这种结构的断路器。
DE-A-19613568提出的断路器虽然电弧被气流交叉喷吹并达到很好的吹弧效果，但由电弧使气体加热升高的压力只有一部分被利用来吹弧，所以对多数使用场合来说，需要尺寸相当大的附加的机械吹弧装置。
与此相反，本发明的任务在于，提出一种上述那类断路器，使电弧释放的热能、特别是收缩压力尽可能有效地被利用来吹弧，所以即使在大的断流容量的情况下和不用尺寸大的、需要操动机构功率高的机械吹弧装置的情况下也能保证电路的迅速分断。但同时又避免了由于在很大的电流情况下由过压力引起的断路器的过负荷。
根据本发明，这个目的是通过权利要求1所述的特征来实现的，这些特征确保了电弧在灭弧气体的压力急剧上升后至少它的长度的大部分仍被强烈喷吹，从而达到有效的冷却。同时压力室与排气容积的连通确保了过压迅速下降。
根据权利要求2提出的本发明断路器的结构是特别有利的，因为在这种结构中，用于高的压力产生的，很强劲的气流强迫电弧模断，从而分解并可靠分断。
其他特别有利的结构可以其余各项权利要求中得知。
下面结合附图所示的几个实施例来说明本发明。附图表示
图1表示本发明第一实施例的断路器的部分轴向纵断面；图2表示本发明第二实施例的断路器的燃弧触头系统的轴向纵断面，截面平面在右半部相对于左半部旋转45°；
图3a表示本发明第三实施例的断路器的燃弧触头系统的一个纵断面；图3b表示沿图3a剖面线B-B剖开的横断面。
图1所示第一实施例左边位于合闸位置和右边位于分闸位置的断路器具有一个外壳1，该外壳围绕断路器操动轴2基本上旋转对称，且具有上外壳3和下外壳4，这两个外壳用金属制成，且通过一个用绝缘材料制成的筒形中间外壳5连接，外壳3、4分别与断路器方向相反的接线连接。
在中间外壳5的高度上，外部构成一个额定电流通路，该额定电流通路包括分别连接在上外壳3和下外壳4上的、轴向相隔一定距离的额定电流环形静触头，即一个上部额定电流静触头6和一个下部额定电流静触头7，以及一个额定电流动触头8。该额定电流动触头8具有在圆周方向内依次跨接两个额定电流静触6、7之间的距离的接触片，并与图中未示出的一个断路器操动机构连接。通过该操动机构使额定电流动触头8沿轴向内在合闸位置和分闸位置之间移动；在合闸位置上，该额定电流动触头跨接上部额定电流静触头6和下部额定电流静触头7之间间隙，而在分闸位置上，则它与上部额定电流静触头6相隔一定距离。
上外壳3由一个水平的隔板9向下密封。该隔板支承燃弧触头结构10的固定部分。在隔板9的中心孔中装有作为第一触头的梅花触头11，该梅花触头在圆周方向具有多个依次倾斜向下并指向断路器轴2的、通过槽隔开的弹性接触指。在梅花触头11对面设置一个用电绝缘材料制成的喷嘴12，该喷嘴具有一个向上不断变窄的漏斗形状并包围断路器操动轴2。在下外壳4中设置了一个滑动导轨13，该滑动导轨能建立导电良好的连接，并作为第二触头装在一根借助于断路器操动机构可轴向运动的导电杆14上，该导电杆在合闸位置伸入梅花触头11中，并与其接触指接触。这时接触指产生弹性变形，并在导电杆14上作用一个相当大的接触压力。滑动导轨13锚固在一块向上密封下外壳4的隔板15上。喷嘴12固定在隔板15的一个中心孔中。
导电杆14在分闸位置向下拉动，所以它的杆端位于喷嘴12下方。电弧区域16位于梅花触头11和导电杆14之间，在这个电弧区域中，上述触头之间产生电弧17。电弧区域16被一个附属的环形加热容积18包围，该加热容积与电弧区域通过一个隔开梅花触头11和喷嘴12的、构成环形吹弧间隙19的间隙连通。该加热容积18外部由一个用绝缘材料制成的环形壁20密封。在隔板15上设置了多个例如四个均布在圆周上的压气缸21，该压气缸的压气活塞22由断路器操动机构操作，并分别通过吹弧槽23与加热容积18连通。在通入加热容积18的吹弧槽23的出口分别装一个止回阀24。
在燃弧区域16上方连接一个压力室25，该燃弧区域通过梅花触头11的接触指端部构成的孔隔开。该压力室由一个向上扩展的梅花触头11和紧接着的一个环形盖26以及一个罩27界定，其中，该环形盖和罩都用电绝缘材料制成。罩27以一定距离包围盖26，并在该盖的外部连接在隔板9上。盖26和与它相隔一定距离的罩27之间构成一个绕断路器操动轴2旋转对称的反馈槽28，该槽28从压力室25各面径向向外引出，所以它的横截面在该处连续扩展，然后向下弯曲，并沿轴向通到加热容积18。在反馈槽28通入加热容积18的出口装一个止回阀29。作为排气口，在罩27内设置了一个中心排气孔31，它连通压力室25与作为排气容积30用的上外壳3的内部。在电弧区域16下方连接下外壳4中的另一个排气容积30’。整个外壳1充一种绝缘气体，最好是SF6气体。
压力室25和反馈槽28可能还有加热容积18都可用一种适当材料制成的几毫米厚的内衬层，例如用聚甲醛、高分子聚乙烯、聚丙烯、有机玻璃、聚四氟乙烯、三聚氰胺树脂或可能掺有产生大量蒸汽的杂质的其他塑料。由于质量要求不高也可重复利用。如果压力室，反馈槽和可能加热容积不象图4那样用电绝缘材料制成的件，而是用金属制成的件时，则这种内衬层特别有用，因为它显著减少了进入绝缘气体中导致绝缘气体的介质性能变坏的金属蒸汽。此外，由于材料的蒸发增加了气体量和气压力并同时吸收能量，这两者都有利于改善灭弧效果。
下面说明一下分闸过程额定电流动触头8、导电杆14和压气活塞22通过图中未示出的断路器操动机构从图示左方的合闸位置开始向下运动。在这个向下运动开始后不久，额定电流动触头8与上方额定电流静触头6分开，从而断开额定电流通路，于是电流转到燃弧触头系统10上，稍后导电杆14从梅花触头11中拉出。于是在这两个触头之间产生电弧17，该电弧通过燃弧区域16延伸到操作运动的终止，该燃弧区域是通过导电杆14的运动打开的整个触头间距。由于电弧17产生的热经吹弧槽19辐射到加热容积18使其中的绝缘气体急剧加热，于是在加热容积18中建立一个高的压力。
通过压气活塞22的运动支持了压力建立，这个运动引起一股绝缘气体流从压气缸21经吹弧槽23进入加热容气18中。如果也通过别的作用建立的压力使吹弧压力上升，则止回阀24关闭，并阻止气体从加热容器18流入吹弧槽23。
通过电弧17的收缩压力为加热容积18中的压力建立提供了另一个很明显的效果，这种收缩压力是由于断路器操动轴2范围内电弧的急剧收缩产生的，并在短时间内从燃弧区域16到压力室25引起一股强大的轴向气流和该压力室内的急剧压力上升。这个压力一部分经反馈槽28导入加热容积18中。其中，由于反馈槽28横截面的扩展及其直接的导向和畅通无阻的结构，所以该反馈槽中的气流阻力很小，这是有利的。当加热容积18中的压力超过压力室25中的通常可迅速下降的压力时，加热容积18中的反馈槽28的出口处的止回阀29又阻止气体从该加热容积18中流出。
在很大气流的情况下，产生一个很高的收缩压力使气体完全回流到加热容积中，并导致燃弧触头系统10的机械的和热的过负荷。所以剩余的压力经排气也31直接导入排气容积30中。其中，排气孔31设置在中心，是有好处的，因为过大的收缩压力首先产生一个轴向的压力冲击，这个压力冲击经排气的孔31无危险地排出，而压力室25中的一般建立的压力则没有明显的影响。所以，它与电流强度的关系是相当少的。
在加热容积18中建立一个高的压力后，电弧17在下次过零时熄灭，这时，绝缘气体从加热容器18中一部分经吹弧槽19和梅花触头11流入在此时压力已经明显下降的压力室25中，并再经排气孔31流入排气容积30中。其中，气流强迫地横断电弧间隙，并几乎全部清除离子化的气体，所以在过零后不再可能产生电弧。而绝缘气体的另一部分则平行于电弧间隙16经喷嘴12流入另一个排气容积30’中。
与第一实施例的断路器结构基本相同的图2所示本发明断路器第二实施例的燃弧触头系统的基本结构和许多细节都是与第一实施例所述的燃弧触头系统一致的。不过第一触头除了一个梅花触头11a外还具有一个位于分闸方向内的与它导电连接的燃弧环32a，其内直径稍大于导电杆14的直径。第二触头除了轴向移动的导电杆14外，包括一个与隔板15导电连接的静梅花触头11b和一个在合闸方向内位于该梅花触头11b前面的并与它导电连接的固定燃弧环32b。这两个燃弧环32a,32b分别由一个用电绝缘材料制成的环33和33b屏蔽，并通过一个环形吹弧槽19隔开而相互对置着，该吹弧槽用位于燃弧环32a、32b之间的电弧间隙16连接由电绝缘材料制成的环形壁20包围的加热容积18。
在加热容积18中的吹弧槽23的出口用止回阀24密封，这些吹弧槽与(图中未示出的)压气缸连接。在电弧间隙16的轴向延伸方向内，两端设置了压力室25a、25b，这两个压力室侧向由梅花触头11a、11b的环形盖26a、26b界定。这两个盖26a、26b和以一定距离包围它们的罩27a、27b分别构成位于其间的一个反馈槽28a、28b，该反馈槽首先径向向外延伸，然后轴向弯曲并回到加热容积18。在该处，它用一个止回阀29a、29b连通。
压力室25a通过多根例如四根位于其侧壁上并倾斜向上和向外引出的、与反馈槽28a交叉的排气管34a与一个排气容积30a连通；压力室25b以相同方式通过相应的排气管34b与一个排气容积30b连通。此外，位于第一触头一侧上的压力室25a通过罩27a中的一个向上扩展的中心泄压孔35与排气容积30a连通，该排气容积由一个过压阀37的倒棱的锥形活塞36关闭，而该活塞则通过盘形弹簧38压入泄压孔35中。
在分闸时，导电杆14首先从梅花触头11a拉出，这时，在这些部件之间产生电弧，当导电杆14的端部通过燃弧环32a时，电弧从梅花触头11a转到梅花触头。然后当导电杆14的端部通过另一燃弧环32a时，电弧的另一端转到该燃弧环上，于是电弧连接两个燃弧环32a、32b。导电杆14继续向下运动，直至它开通压力室25b为止。
在加热容积18中，基本上按第一实施例所述的相同方式建立高的压力。这时，由于压力室和反馈槽的双重结构使收缩压力完全利用。过压一般由排气管34a和34b泄入排气容积30a、30b中，这两根排气管是这样确定尺寸的，即它们不妨碍压力室25a、25b的正常压力建立。如果由于被分断的电流的强度很大而使压力室25中的压力增加很大，特别是产生一个强大的轴向压力冲击时，则图2右边所示的过压阀37打开泄压孔35，从而提供附加的减压。
在这个实施例中，电弧能量被充分用来产生压力，因为电弧间隙16不直接与一个排气容积连接，而只通过压力室25a、25b连接。电弧被用来建立压力的空间、即加热容积18和压力室25a、25b全面包围。由于排气管34a、34b和过压阀37连通该压力室和排气容积30a、30b，所以不存在过载的危险。
图3a和3b中所示的本发明断路器第三实施例的燃弧触头系统基本上与第一实施例的燃弧触头系统，特别是触头的构造和布置是一致的。涉及燃弧触头系统相同的件可相应参照该处的说明。断路器的其余部件可按第一实施例构成。
主要的区别在于，罩27做成连续通过中心并在中心处没有排气孔。与第二实施例的断路器相似，压力室25在此例中通过五个均布在圆周上的排气管34与排气容积30连通。此外，在排气管34之间最好分别设置与排气管34的数量相同的向外扩展的泄压孔39，它们连通反馈槽28和排气容积30。这些泄压孔设置在反馈槽28从径向弯入轴向的范围内，并分别按第二实施例断路器的相似的方式通过一个过压阀41的扁平圆锥形活塞40关闭，而该活塞则用盘形弹簧42压入泄压孔39中。
在分断时产生的压力冲击在这里由罩27的一个中心凸起部43径向向外导入反馈槽28中。如果压力在该处太高，则过压阀41打开，以实施减压。
上述实施例可进行多方面改进，而不至于离开本发明的范围。例如加热容积和反馈槽可径向再分。触头、吹弧装置和电弧间隙都可在很大程度上进行改进。
权利要求
1．断路器，具有至少一个燃弧触头系统(10)，该燃弧触头系统包括第一触头和可改变位置的第二触头，第二触头相对于该第一触头沿一根介于一个合闸位置和一个分闸位置之间的操动轴(2)在合闸位置上接触第一触头，而在分闸位置上则在轴向内与第一触头相距一定间距并拉开一个位于两个触头之间的电弧间隙(16)；具有一个与电弧间隙(16)连接的加热容积(18)；具有至少一个排气口，通过它电弧间隙(16)与至少一个排气容积(30；30a、30b)连接；以及具有至少一个轴向连接在电弧间隙(16)上的与加热容积(18)连通的压力室(25；25a、25b)；其特征在于，从每个压力室(25；25a、25b)都有一个排气孔与一个排气容积(30；30a、30b)连通。
2．按权利要求1的断路器，其特征在于，第一触头构成一个包围操动轴(2)的孔，在合闸位置上，第二触头接触该孔的边缘伸入该孔中，而在分闸位置上，该孔用电弧间隙(16)连通压力室(25；25a、25b)。
3．按权利要求2的断路器，其特征在于，第一触头包括一个具有多个接触指的固定梅花触头(11；11a)。
4．按权利要求3的断路器，其特征在于，接触指至少有一部分长度至少倾斜指向操动轴(2)。
5．按权利要求1至4中任一项的断路器，其特征在于，第一触头包括一个位于燃弧间隙(16)中它的其余部件前面的固定燃弧环(32a)。
6．按权利要求1至5中任一项的断路器，其特征在于，第二触头包括一根动导电杆(14)。
7．按权利要求6的断路器，其特征在于，第二触头包括一个固定的滑动梅花触头(11b)，该滑动梅花触头包住导电杆(14)并至少在合闸位置上与该导电杆保持导电接触。
8．按权利要求6或7的断路器，其特征在于，第二触头包括一个固定的燃弧环(32b)，该燃弧环在合闸位置时包住导电杆(14)，而在分闸位置时则在电弧间隙(16)中位于该导电杆前面。
9．按权利要求1至7中任一项的断路器，其特征在于，该断路器包括一个设置在燃弧间隙(16)中的、用电绝缘材料制成的喷嘴(12)。
10．按权利要求1至9中任一项的断路器，其特征在于，加热容积(18)呈环形包围电弧间隙(16)并至少具有一个指向该电弧间隙的吹弧孔。
11．按权利要求10的断路器，其特征在于，加热容积(18)整个地包围燃弧间隙(16)和吹弧孔做成环形吹弧槽(19)。
12．按权利要求5、8和11的断路器，其特征在于，吹弧槽(19)位于第一触头的燃弧环(32a)和第二触头的燃弧环(32b)之间。
13．按权利要求1至12中任一项的断路器，其特征在于，压力室(25；25a、25b)至少通过一个反馈槽(28；28a、28b)与加热容积连通，该反馈槽首先至少接近于径向向外延伸，并紧接着至少接近于轴向方向朝加热容积(18)弯曲。
14．按权利要求13的断路器，其特征在于，反馈槽(28；28a、28b)的横截面至少从压力室(25；25a、25b)朝加热容积(18)延伸的一段中的一部分是不断增加的。
15．按权利要求13或14的断路器，其特征在于，反馈槽(28；28a、28b)与压力室(25；25a、25b)连接的部分的横截面不断增加。
16．按权利要求13至15中任一项的断路器，其特征在于，反馈槽(28；28a、28b)相对于操动轴(2)基本上是旋转对称的。
17．按权利要求13至16中任一项的断路器，其特征在于，反馈槽(28；28a、28b)具有一个止回阀(29；29a、29b)。
18．按权利要求1至17中任一项的断路器，其特征在于，电弧间隙(16)只通过至少一个压力室(25；25a、25b)与至少一个排气容积(30；30a、30b)建立连接。
19．按权利要求1至18中任一项的断路器，其特征在于，该断路器具有两个由电弧间隙(16)隔开的，相互对置的压力室(25a、25b)，它们分别与加热容积(18)连通。
20．按权利要求1至19中任一项的断路器，其特征在于，至少一个压力室(25；25a、25b)的排气口包括多个偏心设置的、与排气容积(30；30a、30b)连通的排气管(34；34a、34b)。
21．按权利要求1至20中任一项的断路器，其特征在于，至少一个压力室(25)的排气口包括一个在电弧间隙(16)与该电弧间隙相反的一端上的轴向的中心排气孔(31)。
22．按权利要求1至21中任一项的断路器，其特征在于，压力室(25；25a)通过至少一个过压阀(37；41)与排气容积(30；30a)连接。
23．按权利要求22的断路器，其特征在于，过压阀(37)设置在压力室(25a)与电弧间隙(16)相反一端的中心。
24．按权利要求13和22或23的断路器，其特征在于，在反馈槽(28)的外侧上设置了多个过压阀(41)。
25．按权利要求1至24中任一项的断路器，其特征在于，压力室(25；25a、25b)和必要时反馈槽(28；28a、28b)的至少一部分用一种塑料内衬。
26．按权利要求25的断路器，其特征在于，作为塑料材料可用聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯、有机玻璃、聚四氟乙烯或三聚氰胺树脂。
27．按权利要求1至25中任一项的断路器，其特征在于，该断路器具有至少一个在分闸时操作压气活塞(22)的压气缸(21)，该压气缸与加热容积(18)连接。
28．按权利要求1至27中任一项的断路器，其特征在于，平行于燃弧触头系统(10)设置了一个额定电流触头系统。
全文摘要
在一个由燃弧环(32a、32b)界定的电弧间隙(16)的延长线上设置了压力室(25a、25b),该压力室分别通过一个相对于操动轴旋转对称的、至少开始时横截面不断增加的反馈槽(28a、28b)和一个止回阀(29a、29b)与同心包围该电弧间隙(16)的一个加热容积(18)连通。加热容积(18)在燃弧环(32a、32b)之间有一个进入电弧间隙(16)的环形吹弧槽(19)。此外,压力室分别通过多根排气管(34a、34b)与排气容积(30a、30b)连通,其中的一个压力室还通过一个过压阀连通。
文档编号H01H33/91GK1232280SQ9910485
公开日1999年10月20日 申请日期1999年4月14日 优先权日1998年4月14日
发明者L·泽恩德, K·卡尔特内格, T·谢恩曼, L·尼梅耶尔, G·斯佩克霍菲 申请人:Abb研究有限公司