專利名稱：用于開關(guān)或斷路器等電力保護設(shè)備的真空管殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種用于電氣保護設(shè)備如開關(guān)或斷路器的真空管殼，所述管殼具有由兩端板封閉的大體為圓柱型的外殼，兩個在外殼內(nèi)軸向延伸的觸頭，其中至少一個被稱為動觸頭的觸頭連接至操作機構(gòu)，并且安裝為在能使電流流過的觸頭閉合位置，和能使觸頭分離并在觸頭間形成電弧的一個位置之間滑動，以及用于在電弧形成區(qū)域產(chǎn)生磁場的裝置。
背景技術(shù)：
在本申請人中請的法國專利2,682,808或法國專利2,726,396中，對上述類型的真空斷路器進行了描述。
在此類斷路器中，真空管殼具有在強電流下被以下現(xiàn)象所限制的切斷能力。當(dāng)電流流過時，電弧將來自熔融觸頭的液體物質(zhì)移動至觸頭邊緣。在斷路發(fā)生時刻，該溫度極高的液體物質(zhì)(大約2000°)位于觸頭的邊緣。斷路后，在兩觸頭之間形成由電力系統(tǒng)施加的恢復(fù)電壓。由于觸頭的幾何形狀，由該電壓產(chǎn)生的電場在觸頭的邊緣處最大。這就引起了不希望出現(xiàn)的現(xiàn)象。首先，當(dāng)冷卻時，液體繼續(xù)散發(fā)出金屬蒸汽和氣體，這些散發(fā)物在通常為高真空的環(huán)境中生成具有高氣體密度的空氣，而該具有高氣體密度的空氣具有減小的絕緣強度。第二，由于熱磁機理，存在于被液化的并且溫度極高的物質(zhì)正上方的電場會引起電子發(fā)射。這些自由電子將蒸氣和氣體電離。然后，這兩個現(xiàn)象的組合將導(dǎo)致電弧重燃并且導(dǎo)致斷路中管殼的失效。此外，電場可能使液體的表面變形，使電場進一步增強，這是一個自放大并且會導(dǎo)致電弧重燃的有害現(xiàn)象。
為克服存在于工業(yè)管殼中的這些缺陷，已經(jīng)對關(guān)于觸頭與外殼壁之間的被稱為最佳距離的距離進行了一些測試，該距離可提供最大的切斷能力，但卻因此增加了對管殼體積的限制。
此外，以上提到的一些類型的管殼，如在法國專利2,726,396中描述的，另外具有一作為外殼壁的金屬屏蔽。該屏蔽連接至觸頭中的一個上，通常連接至靜觸頭，因此增加了在動觸頭位置處生成的電場。這樣，管殼在絕緣方面被認為是不對稱的。動觸頭邊緣的電場要強于靜觸頭邊緣的電場。并且，依據(jù)恢復(fù)電壓的極性，絕緣強度在斷路后或多或少會好一些。這樣，對它來講，最好連接為受負電壓作用的靜觸頭而不是動觸頭。當(dāng)動觸頭相對于靜觸頭受負電壓作用時，由于較強電場的出現(xiàn)，熱物質(zhì)放射出更多的電子，這增加了重燃的危險。幾何形狀的不對稱也體現(xiàn)在切斷能力的不對稱上。對于25KArms的額定電流來說，差別大約為15％。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服這些問題，并提供一種切斷能力增強的真空管殼，并且該管殼的切斷性能更加對稱。根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的管殼在尺寸上也得以減小。
為此，本發(fā)明的目的是提供一種上述類型的真空管殼，該管殼的特征在于，它具有至少一個導(dǎo)電屏蔽，該導(dǎo)電屏蔽圍繞至少一個觸頭的外圍設(shè)置，所述屏蔽被這樣成形并且放置，即能夠承受斷路后由電力系統(tǒng)施加的恢復(fù)電壓所引起的電場，并且顯著地減小觸頭邊緣的電場。
根據(jù)一個具體的實施例，上述屏蔽電連接于所述觸頭，并且完全與所述觸頭充分分離，以使在所述觸頭的接觸面上運動的液體不能到達所述屏蔽。為實現(xiàn)該效果，一管溝將觸頭的接觸面與所述屏蔽的端部分隔。
根據(jù)特定特征，上述屏蔽環(huán)繞整個所述觸頭。
根據(jù)另一特征，上述屏蔽為半環(huán)形，并固定在動觸頭的底部上。
根據(jù)另一特征，相對于每一觸頭，管殼具有被稱為一第一屏蔽的屏蔽，和一被稱為第二屏蔽的屏蔽，其中該第一屏蔽具有上述特征中的單獨一個或幾個的組和，第二屏蔽設(shè)置在稱為第一屏蔽的屏蔽和管殼的外殼之間，所述第二屏蔽設(shè)計為防止外殼被電弧水蒸氣金屬化，其次引起在所述觸頭上的電場值的增加。
根據(jù)一特定特征，物理連續(xù)實現(xiàn)于處于閉合位置的觸頭上，此處為觸頭磨損最小的位置。
根據(jù)一特定特征，通過放置在一個觸頭接觸面上的環(huán)、環(huán)的扇形段或銷子實現(xiàn)物理連續(xù)，并且這些環(huán)、環(huán)的扇形段或銷子定位成分別面向放置在另一觸頭上的接觸面上的環(huán)、環(huán)的扇形段或者銷子。
根據(jù)一特征特征，這些環(huán)、環(huán)的扇形段或銷子位于將上述被稱為第一屏蔽的屏蔽與相關(guān)觸頭相分隔的管溝之上。
從以下對附圖詳細描述中可以更加清楚的了解本發(fā)明的其他優(yōu)點和特征。這些附圖僅僅作為例子給出，其中圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的真空管殼的軸向剖視圖，圖2為根據(jù)本發(fā)明的真空管殼的透視圖，圖3為前圖的根據(jù)本發(fā)明真空管殼的軸向剖視圖，圖4為根據(jù)本發(fā)明的對稱型真空管殼的軸向剖視圖，圖5為根據(jù)本發(fā)明管殼的軸向剖視圖，其中觸頭另外設(shè)置有傾斜的窄縫，圖6為根據(jù)本發(fā)明管殼的軸向剖視圖，其中帶有窄縫和環(huán)，圖7為顯示切斷能力與觸頭和壁之間的距離關(guān)系的圖表，一個管殼根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，一個管殼根據(jù)本發(fā)明，圖8為顯示切斷能力與觸頭直徑之間關(guān)系的圖表，一個管殼根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，一個管殼根據(jù)本發(fā)明，以及圖9為根據(jù)本發(fā)明真空管殼另一實施例的軸向剖視圖。
具體實施例方式
圖1至6中所示的真空管殼A，特別設(shè)計為結(jié)合在中壓電力斷路器中，以在故障出現(xiàn)或是計劃好的電路斷開指令的情況下執(zhí)行電路的切斷。圖1中，可看到根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的真空管殼A。
該真空管殼A具有由兩個端板1，2封閉的圓柱型殼體E，在該殼體內(nèi)容放有兩個電弧觸頭3，4，分別為靜電弧觸頭3和可動電弧觸頭4。該動觸頭4由致動桿5機械連接于一操作裝置(沒有示出)，所述桿5通過其一端5a連接至所述裝置，并且通過它的另一端5b固定連接于可動電弧觸頭4。該操作裝置能夠平移上述桿5和動觸頭4在殼體E內(nèi)在兩個位置之間轉(zhuǎn)換，這兩個位置分別為相應(yīng)于設(shè)備正常工作的觸頭閉合位置，和在被保護電路內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)故障之后或發(fā)出計劃好的電路斷開指令時，觸頭斷開或分隔的位置?？梢钥吹?，內(nèi)部線圈6，7設(shè)置在每一觸頭3，4的后部，所述線圈6，7形成產(chǎn)生軸向磁場的裝置，該磁場能夠?qū)崿F(xiàn)斷路時當(dāng)觸頭斷開之后，產(chǎn)生在觸頭間的電弧的擴散。還可以看到，金屬屏蔽9設(shè)置為環(huán)繞與動觸頭4相連的致動桿5的一端5b，屏蔽9和另一屏蔽1的一部分定位為環(huán)繞動觸頭4，并且引起在斷路期間在動觸頭位置處所產(chǎn)生的電場的增加。
在圖2和3中，可看到根據(jù)本發(fā)明的真空管殼A具有上面提到的部件，屏蔽11設(shè)計使觸頭4邊緣的電場減小。該半環(huán)型屏蔽11放置成環(huán)繞動觸頭4的整個外圍，并具有兩個直徑不同的圓形邊緣11a，11b。該屏蔽11通過它的下圓形邊緣11b電氣連接于動觸頭4，并且與所述動觸頭4充分分離，以使在電弧壓力下在觸頭接觸面上流動的液體不能到達所述屏蔽11。在觸頭4和屏蔽11之間形成一管溝14，所述管溝14的深度為5mm，而寬度在0.5mm到4mm之間。屏蔽11的形狀使得觸頭4邊沿處的電場值大大減小。這樣，所述屏蔽11的邊緣11a與觸頭焊盤等高或稍小于觸頭焊盤的高度。當(dāng)屏蔽11相對于觸頭4稍退回時，它們之間的高度差形成在0和5mm之間。由于來自觸頭4的熔滴的射出，可使屏蔽11經(jīng)受熱沖擊，因此屏蔽11必須呈現(xiàn)良好的耐熱性。因此，屏蔽11最好由銅或與觸頭4相同的材料制成。可替換的，該屏蔽11可由除絕緣體外的難熔材料，如SiC制成。該圖中管殼A的切斷能力要比圖1中管殼的大20％。根據(jù)本發(fā)明的保護屏蔽11充分減小了動觸頭4與金屬外殼E之間的距離。這樣，盡管存在屏蔽11將該距離充分減小這樣的事實，但是切斷能力得到了相當(dāng)大的增加，如圖7中曲線2所示，而曲線1表示現(xiàn)有技術(shù)的管殼的性能。事實上該曲線在Y軸上以百分比形式表示切斷能力，在X軸上以mm形式表示屏蔽相對于壁的距離1。在該實施例中，由于設(shè)置屏蔽11，動觸頭4和外殼壁E之間的距離得以減小，其現(xiàn)在為9mm，但開始時為13mm。該屏蔽11因此引起一個非常高的不損害切斷能力的電場。
最好，屏蔽11設(shè)置為環(huán)繞動觸頭4，如圖2，3中所示，但是除第一屏蔽外，也可放置另一個屏蔽，環(huán)繞靜觸頭3。
該屏蔽11也可有益地使用在具有浮動屏蔽的對稱型管殼內(nèi)，如圖4所示。對于每一觸頭3，4，事實上該管殼具有位于觸頭3，4后的內(nèi)部線圈6，7，在此其形式為靠近殼壁延伸的杯狀金屬屏蔽8，9，在內(nèi)部線圈6，7與外殼之間，根據(jù)本發(fā)明的兩個屏蔽10，11分別放置為環(huán)繞靜觸頭3和環(huán)繞動觸頭4。
在圖5中，本發(fā)明應(yīng)用到管殼A中，其中觸頭設(shè)置有在法國專利申請2，808,617中描述的窄縫12。這些窄縫12形成在觸頭3，4內(nèi)，以接收并便于在位于接觸面下的表面方向上的觸頭液體流，該液體來自斷路期間由于電弧的集中作用引起的觸頭材料的熔融。這些窄縫12使電弧觸頭3，4之間的接觸面以及液體增加，這樣形成對于電弧隱藏，但是對于液體可接觸到的表面。該設(shè)置具有加速所述觸頭材料冷卻的作用，盡管斷路期間存在電弧的集中作用。
由于這些設(shè)置，液體到達觸頭的邊緣3a，4a需要消耗更多的時間。這樣，當(dāng)電流值非常高時的時候，液體到達觸頭的邊緣3a，4a。在該圖描述的實施例中，動觸頭4配有根據(jù)本發(fā)明的屏蔽11。由于一方面液體不到達屏蔽11，另外液體要花費更長的時間到達觸頭的邊緣3a，4a，所以，這樣環(huán)繞觸頭4的屏蔽11的相關(guān)有益作用可通過觸頭3，4內(nèi)窄縫12的出現(xiàn)而被增強。
在圖6中，能看到管殼A具有一外部線圈17，并且另外具有兩個環(huán)15，16，這兩個環(huán)能實現(xiàn)閉合位置處兩觸頭3，4之間的物理連續(xù)。
前圖中的管殼A的觸頭3，4與標(biāo)準(zhǔn)的管殼相比出現(xiàn)更大的磨損，理由如下斷路時生成的液體不滯留在表面上，并且切斷能力的增加使該腐蝕更為增強。于是，有利的做法是，將觸頭3，4在閉合位置處能實現(xiàn)電流傳導(dǎo)的物理連續(xù)的位置，與在觸頭上出現(xiàn)最大磨損的位置分隔開。但是眾所周知，由內(nèi)部和外部線圈生成的軸向磁場可良好的穩(wěn)定電弧，并且更傾向于將它放置在最強的地方，至少對于強電流來說。在這些地方，腐蝕是最厲害的。于是，有利的做法是，在其他地方實現(xiàn)物理連續(xù)，該物理連續(xù)可通過可以采取環(huán)15，16的形式幾個部件實現(xiàn)。為此目的，在每一觸頭3，4的水平位置處，在該圖中描述的管殼具有放置在將屏蔽10，11與觸頭3，4相分隔的管溝13，14上方的環(huán)15，16。由于這種設(shè)置，液體能夠自由流過窄縫12。在該實施例中，切斷能力得以增加，增加值能夠達到根據(jù)圖1管殼的相關(guān)切斷能力的60％。
應(yīng)該指出，該物理連續(xù)也可以通過具有較小尺寸而不再與屏蔽接觸的環(huán)來實現(xiàn)。該物理連續(xù)還可以由若干銷子(stud)或環(huán)的扇形段實現(xiàn)。
還應(yīng)指出，該屏蔽可為除半環(huán)形的其他形狀，例如正方形等。
在圖9中，該屏蔽也用來傳導(dǎo)一部分電流。當(dāng)一部分電流通過該屏蔽時，為使軸向場增加，可給電流一個旋轉(zhuǎn)方向。電流的旋轉(zhuǎn)可以通過在屏蔽內(nèi)設(shè)置傾斜的窄縫獲得。
在該圖中，可以看到，屏蔽構(gòu)成的線圈內(nèi)的窄縫的傾斜與觸頭內(nèi)窄縫的傾斜相對。第一部分窄縫用作產(chǎn)生軸向磁場，而第二部分窄縫用作允許液體(熔融金屬)流過。于是，由于這些不同的傾斜，觸頭上流動的液體被拋到屏蔽的大的部分，然后屏蔽內(nèi)的窄縫不允許液體通過。具有窄縫的屏蔽實現(xiàn)三個功能，其分別為，避免液體金屬的噴射，機械支持觸頭環(huán)和電流導(dǎo)體，增加或產(chǎn)生觸頭間的軸向磁場。
本發(fā)明也有益地應(yīng)用在專利FR2,745,118所描述的管殼中。在附圖中沒有示出該管殼的實施例，此外所述管殼另外具有由導(dǎo)電材料制成的另一屏蔽，并且電氣連接于一個觸頭，所述屏蔽位于外殼內(nèi)，與將觸頭分隔的間隙相面對，并且按照電流輸入的位置在預(yù)定位置位于觸頭周圍，這樣當(dāng)電弧趨向于偏離上述間隙時，該電弧將自己置于觸頭和屏蔽之間。該實施例的開關(guān)具有增強的切斷能力，該電弧切斷能力能夠通過生成較小磁場而獲得，并且它的持續(xù)運載電流能力也得以增加。
在此開關(guān)中使用根據(jù)本發(fā)明的屏蔽可使切斷能力進一步增強。
圖8示出了切斷能力C與用于根據(jù)本發(fā)明管殼以及用于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)管殼的觸頭直徑d之間的關(guān)系。電流c以KA rms表示在Y軸上，觸頭直徑d以mm表示在X軸上。在該圖中，正方形點代表具有外部線圈(12KV)的管殼得出的值，三角形點代表由具有內(nèi)部線圈(24KV)的管殼所得出的值，圓點相應(yīng)于所示值。深顏色線代表對使用有軸向磁場的傳統(tǒng)類型的管殼的限制，淺顏色的線代表對于根據(jù)本發(fā)明管殼的限制。從這條曲線上還可以看到，對于相同的觸頭尺寸，根據(jù)本發(fā)明的管殼的切斷能力大于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的管殼的切斷能力。于是，將觸頭尺寸減小三分之一還可獲得相同切斷能力。此外，根據(jù)本發(fā)明的管殼在斷路方面具有更加對稱的性能，特別是當(dāng)管殼為具有窄縫的一種類型。這樣，斷路后的絕緣強度幾乎不隨恢復(fù)電壓的極性變化。
自然，本發(fā)明不限于所描述的實施例，圖中已經(jīng)示出的僅是為了舉例的目的。
相反，本發(fā)明包含根據(jù)本發(fā)明的精神實現(xiàn)所述裝置及其結(jié)合的所有技術(shù)等同物。
權(quán)利要求
1.一種用于如開關(guān)或斷路器等電氣保護設(shè)備的真空管殼，所述管殼具有由兩個端板封閉的基本為圓柱形的殼體，有兩個觸頭在該殼體內(nèi)軸向延伸，其中至少一個觸頭被稱為動觸頭，該動觸頭連接至操作機構(gòu)并且滑動安裝在能使電流通過的閉合位置和觸頭分離并且在觸頭之間形成電弧的位置之間，所述管殼還包括用于在電弧生成區(qū)域產(chǎn)生軸向磁場的裝置，其特征在于所述真空管殼具有至少一個導(dǎo)電屏蔽(11)，設(shè)置為環(huán)繞至少一個觸頭(3，4)外圍，屏蔽(11)的形狀和布局能夠使其承受除斷路后由電力系統(tǒng)施加的恢復(fù)電壓所引起的電場，這樣可顯著地減少所述觸頭(3，4)邊緣處的電場，并且通過在其中一個觸頭的接觸面上放置的環(huán)、環(huán)的扇形段或銷子，在觸頭(3，4)上實現(xiàn)其閉合位置處的物理連續(xù)，這些環(huán)、環(huán)的扇形段或銷子分別與設(shè)置在另一觸頭接觸面上的環(huán)、環(huán)的扇形段或銷子相面對。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的真空管殼，其特征在于所述屏蔽(11)用于傳導(dǎo)至少一部分電流。
3.據(jù)權(quán)利要求2的真空管殼，其特征在于所述屏蔽(11)具有多個窄縫，這些窄縫布局成使所述屏蔽(11)構(gòu)成一線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項的真空管殼，其特征在于上述屏蔽(11)電氣連接于所述觸頭(3，4)，并且與所述觸頭充分分隔，以使在觸頭(3，4)的接觸面上運動的液體不會到達所述屏蔽(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項的真空管殼，其特征在于上述屏蔽(11)環(huán)繞整個所述觸頭(3，4)。
6.根據(jù)以上任一權(quán)利要求的真空管殼，其特征在于屏蔽(11)形狀為在所述屏蔽(11)和所述觸頭(3，4)之間形成一個寬在0.5mm和4mm之間的管溝(14)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的真空管殼，其特征在于上述管溝(14)的深度大約為5mm。
8.根據(jù)以上任一權(quán)利要求的真空管殼，其特征在于上述屏蔽(11)的端部(11a)與觸頭桿(3，4)基本上在同一個高度上，或稍小于該觸頭桿(3，4)的高度。
9.據(jù)以上任一權(quán)利要求的真空管殼，其特征在于上述屏蔽(11)為半環(huán)形，并且固定在動觸頭(3，4)的底部上。
10.根據(jù)以上任一權(quán)利要求的真空管殼，其特征在于上述屏蔽(11)由與觸頭(3，4)的材料相同的材料制成，例如銅。
11.根據(jù)以上任一權(quán)利要求的真空管殼，其特征在于上述屏蔽(11)由難熔材料制成，如SiC。
12.根據(jù)以上任一權(quán)利要求的真空管殼，其特征在于上述屏蔽(11)環(huán)繞動觸頭(4)安裝。
13.根據(jù)以上任一權(quán)利要求的真空管殼，其特征在于它具有另一屏蔽(8，9，1)該第二屏蔽(8，9)設(shè)計為防止外殼被電弧蒸氣金屬化，其次引起在所述觸頭(3，4)上的電場值增加。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的真空管殼，其特征在于所述第二屏蔽(8，9)安裝在被稱為第一屏蔽(10，11)的屏蔽和管殼A的外殼E之間。
15.根據(jù)以上任一權(quán)利要求的真空管殼，其特征在于每一觸頭(3，4)具有至少一個通過所述觸頭(3，4)的窄縫(12)，所述窄縫(12)設(shè)置成接收上述液體并且便于它的流動(3，4)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至16的真空管殼，其特征在于這些環(huán)(15，16)、環(huán)的扇形段或銷子位于上述將被稱為第一屏蔽(10，11)的屏蔽和與其關(guān)聯(lián)的觸頭(3，4)分隔開的管溝(13，14)之上。
17.根據(jù)以上任一權(quán)利要求的真空管殼，其特征在于它具有被稱為第三屏蔽的由導(dǎo)電材料制成的屏蔽，所述屏蔽位于外殼E內(nèi)，面對分隔觸頭(3，4)的間隙，并且被電氣連接于觸頭(3，4)中的一個，所述屏蔽環(huán)繞觸頭(3，4)放置在根據(jù)電流輸入位置的預(yù)定位置處，這樣當(dāng)電弧趨向于從上述間隙偏離時，該電弧將自己放置在觸頭(3，4)和屏蔽之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的真空管殼，其特征在于位于觸頭內(nèi)的窄縫的傾斜與屏蔽(11)內(nèi)的窄縫的傾斜是相對的，這樣流過觸頭內(nèi)的窄縫的液體不能通過屏蔽內(nèi)的窄縫。
全文摘要
本申請涉及一種用于如開關(guān)或真空斷路器的電氣保護設(shè)備的真空管殼，所述管殼具有一個大體為圓柱形的被兩端板封閉的外殼，兩個在外殼內(nèi)軸向延伸的觸頭，它們中的至少一個被稱為動觸頭，該動觸頭連接于操作機構(gòu)，并安裝為在能使電流通過的觸頭閉合位置和使觸頭分離并在觸頭間產(chǎn)生電弧的位置之間移動，以及一用于在電弧生成區(qū)域產(chǎn)生軸向磁場的裝置。該管殼具有至少一個環(huán)繞至少一個觸頭(3，4)安裝的導(dǎo)電屏蔽(11)，所述導(dǎo)電屏蔽(11)的形狀和布局能承受斷路后右電力系統(tǒng)施加的恢復(fù)電壓所引起的電場，并且大大減少所述觸頭(3，4)邊緣處的電場。
文檔編號H01H33/24GK1469405SQ03148410
公開日2004年1月21日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月27日
發(fā)明者瑟奇·奧利夫, 漢斯·謝萊肯斯, 瑟奇 奧利夫, 謝萊肯斯 申請人:施耐德電器工業(yè)公司