氣吹型斷路器的製作方法
2023-09-17 18:19:50 4
專利名稱：氣吹型斷路器的製作方法
技術領域：
本發明涉及氣吹型斷路器，更詳細地講，涉及到帶有一個絕緣噴咀的氣吹型斷路器，該噴咀具有多個喉部。
氣吹型斷路器通常設有一個氣體壓縮機，它包括有一個活塞和一個氣缸，氣缸能相對於活塞而滑動;該型斷路器中設有一個絕緣噴咀，用於將氣體壓縮機來的高壓滅弧氣體有效地吹到電弧上，該電弧是在斷路器的觸頭彼此分開時產生的。
圖8示出這種氣吹型斷路器的一例。
在圖8中，示出了封裝在滅弧氣體範圍內的斷路部份，以及在這部份中，氣體壓縮機8是由一個噴氣氣缸1與連接到一臺操作裝置(未示出)的軸6整體形成，而固定的活塞7則與該氣缸1為滑動嚙合。一個動觸頭2裝在軸6上，及一個絕緣噴咀4和一個絕緣帽3圍繞著動觸頭2固定到噴氣氣缸1上。絕緣噴咀4由單喉部份4a形成，此處相當於噴咀，一個固定觸頭11即插過這裡，固定觸頭11合適地與動觸頭2接觸，固定觸頭11的底部為一個直徑D2的大直徑部份11b。如圖8所示的斷路器是在合閘狀態中，直徑為D1的小直徑部分11a處於其頂端。在斷路器合閘狀態如圖8所示，大直徑部份11b被插到所示位置距離喉部4a為X1，喉部4a的內徑DA比大直徑部份11b的外徑D2稍大。
當軸6被未示出的操作設備移動到右方時，在氣體壓縮機8中的滅弧氣體即被壓縮，在壓縮的初始階段，軸6的中空部份開向外界的排氣口10是由封閉元件7a封閉住的，該元件7a位於固定活塞7的安裝底板部位上，並且絕緣噴咀4的喉部4a是由固定觸頭11的大直徑部份11b封閉。此後，正如相當於美國專利NO.3，839，613的日本專利公開NO.56-12973所公開的，產生的氣流21和22通過軸6的中空部份，如圖9所示以及當喉部4a移動一個距離X1，以致使小直徑部份11a到達如日本專利公開NO.58-26133所公開的位置，氣流25和26通過喉部4a，也如圖9所示於是由於觸頭2和11彼此分開所產生的電弧即藉此而被這些氣流所吹滅。
但是，須知遮斷小電容電流時所產生的效應是，當觸頭2和11之間的距離為相對小時，電流被遮斷的同時即在觸頭之間產生了高電壓。在圖8中，在喉部4a被移動到通過該固定觸頭11的大直徑部份11b之後，通過喉部4a和小直徑部份11a之間的間隙產生氣流而放掉一部份氣體，藉此而使固定觸頭11端部附近的氣壓有所降低，因此，在觸頭2和11相面對部份之間的介質強度變壞，以致降低了熄滅小電容電流的能力。
結合上述情況的氣吹型斷路器公開在日本專利申請公布NO.59-103238中，如
圖10所示。相應於圖8所示的元件和部份用相同標號指示，只將圖8和圖10所示器件之間不同之處敘述如下。
在定觸頭11中，有一個鎖定板9(例如一個圓盤)裝在其底部，由該鎖定板9和直圓柱部份4b界限出一個第二喉部，該圓柱部份4b形成在絕緣噴咀4的下遊部份。
在這種結構中，設置了鎖定板9於是阻止住在固定觸頭端部上的氣壓降低，以便改進遮斷小電容電流的能力，這是因為當觸頭2和11之間的距離沒被這些分開的觸頭充分提供的情況下在觸頭之間會產生高電壓的緣故。
但是，在這種氣吹型斷路器中，在吹氣的上遊側形成的第一喉部4a的內直徑等於固定觸頭11的外直徑，所以在由於觸頭2和11彼此分開而鎖定板9沿著絕緣噴咀4的直線圓柱部份4b的內表面運動時，固定觸頭11和鎖定板9所界限的一個小室的容積快速地增大，籍此而使該小室處於負壓之下。這樣一來，固定觸頭11的端部通過該第一喉部4a，並且滅弧氣體即如前述從氣體壓縮機8通過固定觸頭11的端部而快速地流到該負壓小室。在這種情況下，因為在固定觸頭11端部的氣體壓力或密度被降低，所以它不可能提高遮斷小電容電流的能力。
因此，本發明的一個目的即在於提供一臺氣吹型斷路器，它具有提高遮斷小電容電流的能力。
上述目的是這樣實現的，即所提供的一種氣吹型斷路器，它包括有一個固定觸頭，該觸頭的底部為一個大直徑部份，和其端部為一個小直徑部份;一個絕緣噴咀，它具有一個由該小直徑部份調節的第一喉部，和位於遠離第一喉部的吹氣下遊側的第二喉部，並且它由該大直徑部份調節;以及一個滅弧氣體入口，它是在第二喉部與該大直徑部份的調節期間由小直徑部份和第一喉部之間的直徑差形成的。
按照本發明上述構成的一種氣吹型斷路器，當第一喉部份尚未經過固定觸頭的小直徑部份時，高壓滅弧氣體即流經小直徑部份和第二喉部之間的滅弧氣體入口而到達絕緣噴咀內第一和第二喉部之間的空間，因此，甚至在第一喉部經過固定觸頭的小直徑部份時，該氣流也不象常規情況下那樣快速地向著第一和第二喉部之間的空間流動，以致在固定觸頭端部處滅弧氣體的密度不會降低，並因此而能提高遮斷小電容電流的能力。
圖1為按照本發明實施的一種氣吹型斷路器的橫斷面，為合閘狀態;
圖2為圖1所示斷路器的部份放大視圖，為開斷到一半的狀態;
圖3為圖1所示斷路器部份放大視圖，為基石上完成開斷的狀態;
圖4為在固定觸頭端部處的氣體密度特性曲線;
圖5為按照本發明另一實施例完成的一種氣吹型斷路器的橫斷面圖，為開斷到一半的狀態;
圖6為按照本發明又一實施例完成的一種氣吹型斷路器的橫斷面圖，為開斷到一半的狀態;
圖7為按照本發明又一實施例完成的一種氣吹型斷路器的橫斷面圖，為開斷到一半的狀態;
圖8為先有技術中的一種氣吹型斷路器的橫斷面圖，為合閘狀態;
圖9為圖8中斷路器的部份放大視圖，為開斷一半狀態;
圖10為先有技術中另一種氣吹型斷路器的橫斷面圖。
參照附圖對本發明實施例詳述於下圖1所示的氣吹型斷路器基本上處於合閘狀態。
如圖1所示位於噴氣氣缸1中心的軸6與操作設備(未示出)相接，固定活塞7滑動地配合在噴氣氣缸1的內表面與軸6的外表面之間的空間中，籍此而形成一個佔有空間的噴氣小室。在噴氣小室所界限的空間內的滅弧氣體靠軸6向右方向(或斷路器開斷方向)的驅動而被壓縮，這樣一來，氣體壓縮機8即由這些部件和這樣的動作而構成。在該噴氣氣缸1的左端面上有一個裝在安裝支座12上的可動觸頭2、一個封閉該可動觸頭2的絕緣帽3和一個包圍著絕緣帽3的絕緣噴咀4被一套配件5固定在那裡。在該絕緣噴咀4中，設有第一喉部4a形成在向可動觸頭2附近吹氣的上遊側，以及第二喉部4a形成在該吹氣的下遊側。在喉部4a和4b兩者之間的絕緣噴咀的內表面是凹進去的，所以形成一個空間A，第一喉部4a的直徑DA比第二喉部4b的直徑D4小。
面對動觸頭2的固定觸頭11具有一個較小直徑部分11a在其端部，在底部具有較大直徑部份11c，在小直徑部份11a和大直徑部份11c之間是漸變直徑部分11b。小直徑部份11a的直徑D1比第一喉部4a的直徑DA較小並且與動觸頭2接觸。大直徑部份11c的直徑D3比第一喉部4a的直徑DA及比小直徑部份11a的直徑D1都較大，並且幾乎等第二喉部46的直徑D4。
在圖1所示的合閘狀態中，第二喉部46穿過固定觸頭11的大直徑部份11c的配合尺寸為X2，因此，第二喉部4b基本上被該大直徑部份11c所封閉，同時小直徑部分11a被插到第一喉部4a中。於是與氣體壓縮機8和空間A相通的滅弧氣體入口部份B即由第一喉部4a和小直徑部份11a之間的直徑差所構成。
斷路器的開斷操作闡述如下。
當操作設備(未示出)將軸6向右方向驅動時，在觸頭2和11之間的空間被增加到如圖2所示狀態，同時在氣體壓縮機8中的滅弧氣體受到壓縮。因為在開斷操作開始到其達到圖2所示狀態的時間中小直徑部份11a移出第一喉部4a，於是從氣體壓縮機8提供的高壓滅弧氣體通過小直徑部份11a和第一喉部4a間形成的氣體入口部份B按箭頭25所示方向傳到空間A。另一方面，第二喉部4b基本上被大直徑部份11c所封閉，所以，空間A中的壓力實際上等於觸頭2和11之間的空間中的壓力。
在縱向只有單一直徑的固定觸頭且沒有第二喉部4b的氣吹型斷路器的情況中，當第一喉部4a通過了該固定觸頭11的端部(如圖2所示)，在這種方式下滅弧氣體乃從該第一喉部快速流動放出，從而在固定觸頭11端部處的氣體壓力被降低，因此，由於在觸頭11端部處的氣體密度降低，故能承受的瞬態耐受電壓也就降低。另一方面，在圖2的結構中設有第二喉部4b，它實際上被大直徑部份11c所封閉，由此而獲得的有利效果將結合圖4闡述如下。圖4表明在固定觸頭11端部的滅弧氣體密度特性，其中形成在第一喉部4a和小直徑部份11a之間氣體入口的截面積S1對第二喉部4b和大直徑部份11c形成的出氣口面積S3的比值S2/S1用作描述上述特性的一個參數。由圖4可見，若該面積比值為零，也即因為沒有該排氣面積所以氣流實際上沒被形成，且被第二喉部4b和大直徑部份11c之間所限制，故在固定觸頭11端部處的氣體密度並不降低;同樣，該面積比若小於1.0，則在固定觸頭11端部的氣體密度即保持為較佳狀態。
結果，在開斷小電容電流情況中，在如圖2所示各觸頭間的電弧熄滅而在觸頭2和11之間被加上了高的恢復電壓，由於在固定觸頭11端部處的氣體密度增大，以致能夠改善該瞬態耐受電壓。進一步講，空間A的體積因為開斷操作而趨向增大，同時第二喉部4b是封閉的。因此，由於氣體從第一喉部4a移動到空間A實際上並不產生氣流25，所以在固定觸頭11端部處的氣體密度幾乎不會降低。
再者，在開斷操作進行到如圖3所示樣子時，第二喉部4b經過了大直徑部份11c，此時，雖然產生了如箭頭25和26所示的氣流，而氣流26的排放面積是逐漸增大的，並且被設計成使氣體密度不產生快速變化，因為在固定觸頭11上設有逐漸改變直徑的部份111b。那麼，在固定觸頭11端部處的氣體密度由於氣流25而被降低，同時，因為此時觸頭2和11因為開斷達到足夠的距離，電場強度顯著降低，籍此而取得高的瞬態耐受電壓。在這種情況中，形成在第一喉部4a處的橫截面積S2和形成在第二喉部4b處的環形橫截面積S4為如下關係S0＝πD2A/4 ……(1)S4＝π(D24-D21)/4 ……(2)各結構部件的尺寸應確定得滿足「S1＞S3」的關係，因此，在開斷大短路電流的情況中，能從第一喉部4a(作用如噴咀)處流通強大氣流25和26而不受逐漸改變直徑部份11b的阻塞或擾動。
圖5所示為按本發明另一實施例構成的氣吹型斷路器的絕緣噴咀的周圍部件，下面只描述該絕緣噴咀4。在這個實施例中，在動觸頭2側面位置處的第一喉部4a和位於噴氣下遊處第二喉部4b之間的空間中形成有兩個突緣4c和4d，在這種結構中，當氣體從第一喉部4a排放和膨脹時，至少有一個表面可阻礙氣流直線前進，氣流與該表面碰撞而偏斜，以至向著固定觸頭11端部附近走去，籍此而阻止固定觸頭11端部處的氣流密度下降。
在本實施例中，因為每個突緣4c、4d的直徑做得比固定觸頭11的小直徑部份11a的直徑大，並且高壓滅弧氣體在大直徑部份11c通過第二喉部4b之前即已合適地流到空間A中，所以在小直徑部份11a通過第一喉部4a之時不會形成快速氣流，籍此而阻止了在固定觸頭11端部處的氣體密度降低，從而改進了瞬態耐會電壓。
此外，按照本發明另一實施例構成的氣吹型斷路器示於圖6和7，對其中的絕緣噴咀描述如下。
圖6中所示的絕緣噴咀4具有第二喉部4b，它形成在動觸頭2側邊上第一喉部4a附近的剛擴大直徑部份處，第二喉部4b的內直徑被做成接近等於固定觸頭11的大直徑部份11c的直徑D3。那麼，第二喉部4b的長度則適當地確定成相應於固定觸頭11的漸變直徑部份與其端部之間的距離，其中在第一喉部4a和小直徑部份111a間的直徑差形成氣體入口B，用於溝通氣體壓縮機8和空間A的氣流，空間A是在第二喉部4b和小直徑部份11a之間形成的，這時動觸頭2與固定觸頭11脫離接觸，以及小直徑部份11a的端頭到達第一喉部4a剛好在大直徑部份11c的端頭離開第二喉部4b之前(這可說是最低限度)。
在這種情況中，在第一喉部4a和第二喉部4b之間的空間呈現出為了實現上述目的的最小容積，所以，在小直徑部份11a端部處的氣體密度的降低可被抑制到最小程度，這是因為空間A被通過氣體入口B流動的氣體立即充滿的緣故。
如圖6所示固定觸頭11小直徑部份的端頭幾乎處於第一喉部4a的同一位置，而氣體入口B的橫截面積在第一喉部4a下遊側位於該端頭處大大地增加，如圖6雙點線所示，在這種情況中，在小直徑部份11a處氣體密度的降低被抑制到最小值。
同樣，在圖7所示氣吹型斷路器的絕緣噴咀中，該噴咀4的內直徑被做成幾乎等於固定觸頭11的大直徑部份11c的直徑D8，如圖6所示，它連續到與位於喉部4a和4b之間的空間中第二喉部4b的側邊處的突緣4c相鄰接，而且在氣流的下遊側邊上有一個凹槽部份剛好與第一喉部4a相鄰接，該表面形成為使吹氣朝向固定觸頭11的端部偏斜。
在這種情況中，第一喉部4a與第二喉部4b間的空間A立即被通過氣體入口B的滅弧氣體充滿，於是氣體密度的降低被抑制到最小值，從而改善了該氣吹型斷路器的瞬態耐受電壓，這是因為滅弧氣體受到該凹槽部份偏斜表面的影響而吹到小直徑部份11a端部的緣故。
在上述實施例中，雖然目的在於改進遮斷小電容電流的能力，但斷路器的開斷性能需滿足開斷短路電流情況的要求。例如開斷40或60千安，可以選用圖6和7所示斷路器的一種，在這種應用方式中理想的額定開斷電流為40千安，或用圖5所示斷路器應用於開斷電流50千安以上。
應用上述實施例的絕緣噴咀4，因為噴咀4的軸向長度比通用的噴咀大得多，故該噴咀可用兩個軸向分開的部份機械地合
組成。在這種情況中，具有第一喉部4a的部份可用優質耐弧材料製做，例如用聚四氟乙稀塑料(Tef｜on)製成，或用填有填料等的能改善瞬態耐受電壓的聚四氟乙稀(Tef｜on)製成，以及具有第二喉部4b的那部份可用較差的耐弧性能和優質的絕緣材料製成，例如用一種聚四氟乙稀塑料(Tef｜on)。
如上所述，按本發明實施的氣吹型斷路器設有一個固定觸頭，在其底部具有一個大直徑部份，而在其端部具有一個小直徑部份，籍此而允許第一喉部形成在噴氣的上遊側受小直徑部份的調節;以及第二喉部形成在噴氣的下遊側，並受大直徑部份的調節。第一喉部和小直徑具有的尺寸關係為。在其間可形成氣體入口;而在第二喉部和大直徑部份間的空間具有的尺寸關係為，幾乎封閉住它們之間的間隙。當第二喉部被大直徑部份封閉時，高壓滅弧氣體即通過氣體入口B傳輸到兩個喉部之間的小室中。因此，由於不產生快速氣流，從而有可能阻止瞬態耐受電壓由於在固定觸頭端部氣體密度的減小而被降低。
權利要求
1.一臺氣吹型斷路器包括有至少一個固定觸頭和一個可動觸頭組成的一套彼此可以分離的觸頭組；其特徵為，所述固定觸頭在其底部具有一個大直徑部份，以及在其端部具有一個小直徑部份；一個氣體壓縮機，用於在所述兩個觸頭分離的同時壓縮噴射的氣體以資熄滅電弧；一個絕緣噴咀，用於將從所述壓縮機得來的高壓氣體噴送到所述兩個觸頭之間的空間以及所述絕緣噴咀具有一個第一喉部，它位於所述噴氣的上遊側，並且受所述小直徑部份的調節而在所述第一喉部和所述小直徑部份之間形成一個氣體入口；以及一個第二喉部，它位於所述噴氣的下遊側，並且受所述大直徑部份的調節；所述第二喉部的直徑與所述大直徑部份的直徑具有這樣的關係，即所述第二喉部實質上被所述大直徑部份所封閉。
2.按照權利要求1的一臺氣吹型斷路器，其特徵為，所述的固定觸頭在其所述小直徑部份與所述大直徑部份之間具有一段漸變直徑部份。
3.按照權利要求2的一臺氣吹型斷路器，其特徵為，在所述第一喉部和所述小直徑部份之間的直徑差值大小是這樣定的，即在所述固定觸頭被所述可動觸頭接觸時，在兩個所述喉部之間的空間即與所述氣體壓縮機氣體相通。
4.按照權利要求1的一臺氣吹型斷路器，其特徵為，所述固定觸頭的小直徑部份具有的長度是這樣，當所述小直徑部份接近到達所述第一喉部時，所述第二喉部實質上已被所述大直徑部份封閉。
5.按照權利要求1的一臺氣吹型斷路器，其特徵為，所述絕緣噴咀至少具有一個形成在所述兩個觸頭之間的表面，該表面能將所述的噴氣偏向所述固定觸頭的端部。
6.按照權利要求1的一臺氣吹型斷路器，其特徵為，在所述第一喉部的緊鄰處有一個擴大內直徑的部份形成如所述第二喉部一樣，並且在這種方式下具有的直徑實質上等於所述固定觸頭的大直徑部份的直徑。
7.按照權利要求6的一臺氣吹型斷路器，其特徵為，在緊鄰所述第一喉部的擴大內直徑部份處形成有一個凹槽部份，該凹槽部份的表面能使噴氣偏斜到所述固定觸頭的端部。
8.按照權利要求1的一臺氣吹型斷路器，其特徵為，所述第一喉部具有的橫截面積比所述小直徑部份和所述第二喉部之間在所述較小直徑部份位於所述第二喉部時所形成的氣體通道的截面積較小。
全文摘要
高壓大容量氣吹型斷路器設有一絕緣噴嘴以在觸頭分開時噴嘴產生的高壓滅弧氣體。定觸頭底部為大直徑部分，端部為小直徑部分。絕緣部分上有第一喉部受小直徑部分調節，它們的直徑差形成入氣口；第二喉部在第一喉部下遊側受大直徑部分調節以致可被封閉。藉此，當兩觸頭分離時，即使高壓氣體流到第一和第二喉部間的空間而不會產生快速氣流，因此抑制住定觸頭端部氣體密度的降低，從而改善了遮斷小電容電流的能力。
文檔編號H01H33/70GK1036861SQ8910168
公開日1989年11月1日 申請日期1989年3月24日 優先權日1988年3月25日
發明者樫村勝一, 佐稔, 小柳修, 黑沢幸夫 申請人:株式會社日立製作所