具有複式運動的高壓電氣開關設備的製作方法

2023-04-27 06:47:46 2

專利名稱：具有複式運動的高壓電氣開關設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有各接觸器複式運動的高壓電氣開關設備。
背景技術：
已知用於高壓和特別是超高壓的各種帶荷開關設備、開關、斷開器或斷路器，包括兩個可分離的對中接觸器和一部促使兩接觸器之一相對於另一作平移運動的操縱機構。
在文件FR1448854中提出了在一密封封套中配置了兩個平移運動的接觸器。第一接觸器由操縱機構驅動並配有一裝置用於驅動第二接觸器以造成在開斷行程的起始處兩接觸器的均勻移動，以致兩接觸器不會立即分離。強制閂鎖裝置可使兩個接觸器在其行程中的一預定位置處分離，以及一復位彈簧促使第二接觸器回到其初始位置而第一接觸器在兩接觸器已經分離之後繼續其行程。一此類裝置顯現了如下優點，即對於一給定分離行程來說增大各接觸器分離速度以便迅速地加長在各接觸器發生分離的時刻出現在各接觸器之間的電弧。但是這需要一有力的驅動機構，由於後者必須在開斷行程的起始處實現對復位彈簧的壓縮。其次，分離之後第二接觸器的行走完全獨立於第一接觸器的行走，由於在分離位置之外兩接觸器之間不再有任何機械聯繫。萬一使第二接觸器返回到其靜置位置的復位機構失靈，第二接觸器可能保持卡住在其中間分離位置上，而第一接觸器由驅動機構驅動到其開斷位置。在此情況下，驅動機構顯示了分開位置，而事實上分開距離是不被關注的。
一種包括一充滿介電氣體的密封封套的電氣開關設備在文件HS3896282中得以描述。第一和第二可動的接觸器設置在封套之中並通常彼此接合以允許電流流動。為了解開兩接觸器並中斷電流，帶有多個連杆和一曲柄的機構能使兩接觸器以相等速度相對於封套在相反方向上同時被驅動。分離速度大於只是允許兩接觸器之一運動的開關設備中的分離速度。其次，連杆與曲柄機構在所有時刻在第一與第二接觸器之間形成一種機械聯繫，以致第二接觸器的位置總是連繫於第一接觸器的位置並連繫於驅動機構的位置。不過，所需的能量，特別是在解開的起始處，是很大的，由於由兩接觸器構成的兩可動質量始終必須被驅動。此外，此裝置不包括任何一些起弧接觸器，這就使它不適用於高性能的開關。最後，復位機構各連杆在密封封套內側會產生空間問題。
一種高壓電氣開關，包括充滿一種介電氣體並裝放可動接觸器裝置和一靜止接觸裝置的密封封套，闡明在文件EP 313813之中。可動接觸裝置包括彼此牢固地接合的一永久接觸器和一起弧接觸器以及一固定於永久接觸器的一由絕緣材料製成的聯接器。可動接觸裝置由一驅動機構沿軸向驅動在封套中作平移。靜止接觸裝置包括一相對於封套固定的永久接觸器和一沿軸向滑動在與靜止的永久接觸器形成電氣接觸的一滑動接觸器之中的起弧接觸器。一帶有一鏈輪和一冕狀輪的傳動機構能使可動接觸裝置的平移運動傳遞給靜止接觸裝置的滑動起弧接觸器。靜止接觸裝置的起弧接觸器具有管狀，以致當開關被閉合時可動接觸裝置的起弧接觸器深深地伸進靜止接觸裝置的起弧接觸器中。當發生開關的開斷時，可動的永久接觸器在各起弧接觸器離開之前離開靜止的永久接觸器。當發生各起弧接觸器的分離時，後者以一為可動永久接觸器相對於靜止永久接觸器的速度的兩倍速度彼此相對地被驅動。這一裝置能使運動質量受到限制，由於各永久接觸器之一相對於封套保持靜止不動。不過，它的確需要一部具有很大行程的驅動機構，由於在解開位置上各永久接觸器之間的分開距離只是由可動永久接觸器的位移而實現的。
一種從先前一些設備發展而來的設備在文件DE 19631323中得以描述。此開關包括一第一接觸裝置和一第二接觸裝置。第一接觸裝置包括一永久接觸器、一起弧接觸器和一由絕緣材料製成的聯接器，構成一直接由一驅動機構推動的單體總成。第二接觸裝置包括彼此牢固地接合在一起的一永久接觸器和一起弧接觸器。第一接觸裝置的起弧接觸器的運動藉助於一傳動機構被傳遞給第二接觸裝置，傳動機構包括一運動反向槓桿、一鉸接在聯接器上和槓桿上的第一連杆和一鉸接在第二接觸裝置上和槓桿上的第二連杆。當開關的解開發生時，各起弧接觸器以相反速度分離開來，這些速度的模數是相等的。運動質量很大，由於它包括了兩個起弧接觸器和兩個永久接觸器。驅動機構需要相應地定出尺寸。各種重要的斷路試驗之一是一種低強度容性電流斷路試驗。為斷開這種電流，各起弧接觸器之間的距離必須從出現分離的一刻起迅速增大，同時斷開短路電流，而只要在各接觸器之間達到的距離小於一個電流串周期並等待電流越過零點就行了。裝置不能使動能在此情況下被優化。
一種包括一第一接觸裝置和一第二接觸裝置的開關在文件US 5578806中得以描述。第一接觸裝置包括一永久接觸器、一起弧接觸器和一由絕緣材料製成的聯接器，構成一直接由驅動機構推動的單體總成。第二接觸裝置包括彼此牢固地接合在一起的一永久接觸器和一起弧接觸器。第一接觸裝置起弧接觸器的運動藉助於一傳動機構被傳遞給第二接觸裝置，傳動機構包括一傳動嵌齒輪、一牢固地接合於聯接器並嚙合於嵌齒輪的冕狀輪和一連杆，後者一方面鉸接在嵌齒輪周邊的一點處並另一方面鉸接在第二接觸裝置上。傳動機構是非線性的，這使得可能當發生各永久接觸器的分離時在運動的起始處施加一低速在第二接觸裝置上，以便當各起弧接觸器分離時增大速度，並隨後在解開行程的結束處減低速度。因此能夠斷開容性電流而不耗費過多的驅動能量。不過，此裝置不能使系統的動能被優化。
文件EP809269描述了一種設備，包括第一接觸裝置，其由一永久接觸器、一起弧接觸器和一絕緣聯接器構成，後者構成一直接由一驅動機構驅動的單體總成；第二接觸裝置，其包括一靜止永久接觸器、一起弧接觸器和一介電屏蔽。一傳動機構把聯接器聯接於第二接觸裝置的起弧接觸器。此傳動機構包括一運動反向槓桿；一連杆，把槓桿連接於起弧接觸器；以及一直杆，固定於聯接器並在槓桿的一直槽之中滑動。傳動機構是在以下意義上是非線性的，即聯接器的速度與第二接觸裝置起弧接觸器的速度之間的比值不是常數。不過，遍及解開行程，聯接器的速度保持比第二接觸裝置起弧接觸器的速度大得多，同時牢固地接於聯接器的、也包括第一接觸裝置的運動質量要比牢固地接合於第二接觸裝置的起弧接觸器的運動質量大得多。總的說，機構的動能在解開期間是未經優化的。
文件FR 2491675描述了一種氣體自爆和自壓型斷路器，包括第一接觸裝置，其由一永久接觸器、一起弧接觸器和一絕緣聯接器構成，後者構成一直接由一驅動機構驅動的單體總成；第一接觸裝置，其包括一靜止永久接觸器和一起弧接觸器。一傳動機構把聯接器聯接於第二接觸裝置的起弧接觸器。第一接觸裝置形成一圓筒，通過一些小直徑孔眼朝向聯接器並通過由一固定的活塞封閉在相反一側上，以便構成一可變容積的熄滅腔室。當第一接觸裝置移動時，活塞進入熄滅腔室而腔室的容積減小。在解開的起始處，只要第二起弧接觸器堵住聯接器的小孔，第一接觸裝置的移動就使熄滅腔室中的壓力增大。一當各起弧接觸器分離，第二起弧接觸器就放開聯接器的小孔。電弧熄滅腔室的容積繼續減小而經由小孔從熄滅腔室中逸出的各種氣體有助於熄滅出現在各起弧接觸器之間的電弧。在強電流時解開的情況下，電弧熄火必須繼續，以便不斷地把包含在熄滅腔室之中的較冷的各種氣體引向電弧直至後者被熄滅。換句話說，活塞的作用遍及解開動作的全過程都是必要的。因此，第一接觸裝置相對於活塞的速度必須充分，以便熄滅腔室之中的壓力保持大於聯接器位置處的壓力。在該文獻中，已經提出提供一種傳動機構而給予支承聯接器的接觸器一個速度，該速度低於或等於不支承聯接器的接觸器的速度，以便減小系統的動能。速度比值在開斷行程期間保持不變，這非常適合此類斷路器的各種需要，並特別適合於通過壓縮熄滅腔室而連續地使電弧熄火的要求。不過，難以把該文獻教導的內容轉置於一種包括一壓縮活塞的斷路器。在此情況下，事實上必須獲得很大的活塞速度，以便一方面在開斷行程的起始處迅速地增大電弧熄滅腔室之中的壓力，而另一方面在開斷行程的結束處比較有效地使電弧熄滅。由於活塞通常牢固地接合於支承聯接器的接觸器上，所以正是活塞來施加聯接器的速度。

發明內容
本發明的目的因此是克服當前技術的各種缺陷，以便提出一種高壓開關設備，其帶有壓縮效應、具有高性能和使得能夠在一較小容積內並用較低的工作能量獲得快速和可靠的開斷。
根據本發明，此目的是藉助於一種高壓帶荷電氣開關設備在一充滿一種高介電強度氣體並確定一幾何參照軸線的密封封套中來實現的，此設備包括固定支座，界定一壓縮容積，
第一接觸裝置，相對於支座可動並包括第一永久接觸器，聯接器，由電絕緣材料製成，牢固地接合於第一永久接觸器上，活塞，牢固地接合於第一永久接觸器並在支座之中滑動，以便與聯接器一起限定一電弧擴展容積並將電弧擴展容積與壓縮容積隔開，活塞配備一排放閥用於從壓縮容積排放到電弧擴展容積，此閥當壓縮容積中的壓力成為大於電弧擴展容積中的壓力時開通，第一起弧接觸器，牢固地接合於第一永久接觸器並伸進電弧擴展容積中；第二接觸裝置，包括相對於封套可動的一第二永久接觸器和一第二起弧接觸器；驅動機構，以沿著參照軸線作軸向平移運動的方式，把第一接觸裝置從一閉合位置驅向一開斷位置，通過一個第一和第二永久接觸器的過渡分離位置P2，在此處第一和第二永久接觸器彼此失去接觸，以及通過一個第一和第二起弧接觸器的過渡分離位置P3，居於第一和第二永久接觸器的過渡分離位置P2與開斷位置之間，在此處第一和第二起弧接觸器彼此失去接觸；傳動機構，在聯接器與第二起弧接觸器之間構成一永久運動連繫以便把聯接器的運動傳遞給第二起弧接觸器，傳動機構是當第一接觸裝置以一具有模數V1的速度在第一方向軸向移動時，第二起弧接觸器以具有與模數V1成一比值V2/V1的模數V2的速度在相反方向上順著參數軸線作平移運動，比值V2/V1是根據第一接觸裝置相對於封套的位置以如下方式變化的，即比值V2/V1保持低於0.5的數值，只要第一接觸裝置是在閉合位置與第一標號位置P1之間，後者居於閉合位置與第一和第二起弧接觸器過渡分離位置P3之間，比值V2/V1當第一接觸裝置通過居於第一和第二永久接觸器過渡分離位置P2與開斷位置之間的第二過渡標號位置P5時通過大於1的最大值，比值V2/V1保持低於0.5的數值，只要第一接觸裝置是在一第三標號位置P7與開斷位置之間，其中所述第三標號位置P7位於第二標號位置P5與開斷位置之間。
裝置的可靠性源自以下事實，即由傳動機構實現的運動連繫是永久的，以致第一接觸裝置的位置和操縱機構的位置提供給第二起弧接觸器位置一個如實的圖像。
閉合位置與第一過渡標號位置之間所採用的速度比值能使較重的第一接觸裝置在發生各起弧接觸器的分離之前正好在開斷的起始處被迅速加快。這因此能使所有可供利用地能量致力於驅動活塞，後者動作起來而壓縮包含在壓縮容積之中的氣體。一旦壓縮容積之中的壓力增大，排放閥就開斷而能使電弧擴展容積之中的壓力也增大。當發生各起弧接觸器的分離時，電弧擴展容積之中的壓力已經很高了，這有利於斷開容性電流。事實上已知，在一給定氣態介質中在不同電勢下帶電的兩個電極之間的擊穿電壓，亦即為在所考查的氣態介質中在兩個電極之間產生電弧所需的最低電壓，根據帕申定律所給出，是氣體壓力與分開兩電極的距離之乘積的函數，還已知，在一最小數值之上，這一函數隨壓力與距離的乘積而增大。通過增大電弧擴展容積之中的壓力，擊穿電壓因此被增大而各起弧接觸器之間的電弧斷損得以防止。
當第一接觸裝置通過第二過渡標號位置時所採用的速度比值能使可動組件的能量在某一時刻顯著減少，此刻活塞所獲得的速度是足夠的並可用於迅速增大隔開各起弧接觸器的距離。的確，如果我們一方面考查由牢固地接合於第一接觸器的各運動質量構成的第一可動組件，而另一方面考查由牢固地接合於第二起弧接觸器的各運動質量構成的第二可動組件，我們就可看到，第一可動組件具有大於第二可動組件的質量M2的質量M1。這一點可由以下事實予以解釋，即第一接觸器一方面牢固地接合於聯接器而另一方面牢固地接合於驅動機構的一部分。通過採用第二接觸器的速度V2超過第一接觸器的速度V1，全部可動質量的動能得以減小。從而一具有極好能量效率的分離速度V1+V2得以獲得。這種配置特別有用於防止在一容性電流斷開試驗情況下的電弧斷損。
當第一接觸裝置通過第三過渡標號位置時採用的速度比值再次能使在開斷行程的結束可供利用的所有動能致力於聯接於活塞的第一接觸裝置，以便促進在聯接器位置處的電弧熄火，這對於斷開超載電流是很重要的，以及能使當斷開完成時受熱和弄髒的氣體為潔淨的新鮮氣體所代替。
優選的是，第二標號位置P5位於第一和第二起弧接觸器過渡分離位置P3與開斷位置之間。這種選擇能使裝置的動能在接觸行程中選來用於熄滅連接於容性電流的電弧的地方精確地予以優化。
優選的是，V2/V1的最大值大於1.5。各起弧接觸器的相對速度的增大因而進一步得以促進。
優選的是，第二永久接觸裝置和第二起弧接觸裝置彼此牢固地接合在一起。這種解決方案與一種其中只是第二起弧接觸器為可動的解決方案相比，事實上的確具有在總體上增大系統運動質量的效果。不過，考慮到所追尋的各種效果，這種附加的運動質量並不表現為是有害的。機構的最佳效率事實上是對於一等於傳動機構每一側上可動組件質量的比值的速度比值V2/V1而獲得的。如果第二接觸裝置可動組件的質量M2很低，比值M1/M2將會很高並在實踐中難以實現這樣一種傳動機構，即其結構簡單而且可確保這樣一個最大傳動比而同時確保在行程的起始和結束處較低的傳動比值。
最好是，第一接觸裝置與聯接器一起構成一具有質量M1的第一可動組件，第二永久接觸裝置和第二起弧接觸裝置構成一具有質量M2的第二可動組件，以及當第一接觸裝置通過第一過渡標號位置時，速度比值證實了關係式0.8M1M2V2V11.2M1M2.]]>希望的是，比值V2/V1的最大值儘可能接近比值M1/M2，以使在各起弧接觸器的高速分離階段使系統的動能最小。優化的情況是，當第一接觸裝置通過第一過渡標號位置時，速度比值證實了關係式V2V1=M1M2.]]>根據一個實施例，傳動機構包括凸輪，圍繞一相對於封套固定的幾何軸線作樞轉並包括一曲線軌道，滑塊，牢固地接合於第二起弧接觸器並結合軌道一起運作，以及連杆，鉸接在齒輪上和一牢固地接合於聯接器的一部分上。
通過合宜地選擇曲線軌道的形狀，開斷和閉合行程期間所需的一些速度比值可以非常簡單地得出。
根據另一實施例，傳動機構包括凸輪，圍繞一相對於封套固定的幾何軸線作樞轉並包括一第一曲線軌道和一第二曲線軌道，第一滑塊，牢固地接合於第二起弧接觸器並結合第一軌道一起運作，以及連杆系統，牢固地接合於聯接器並包括一第二滑塊，結合第二軌道一起運作。
此機構具有能夠直接導引連杆系統的優點。
有利的是，聯接器包括一頸部，該頸部為從電弧擴展容積流向封套內側一氣體膨脹容積的氣流構成一第一氣流通路，此第一通路至少部分地由第二起弧接觸器使之閉合，只要第一接觸裝置是在閉合位置與一第四過渡標號位置P6之間，而後者位於第一和第二起弧接觸器的過渡分離位置P3與開斷位置之間。
最好是，此設備包括一第二氣流通路，用於封套的電弧擴展容積與氣體膨脹容積之間的氣流，此通路配備一延遲閥，只要第一接觸裝置是在閉合位置與一第五標號位置P4之間，此閥即保持封閉，而第五標號位置P4位於第一和第二起弧接觸器的過渡分離位置P3與開斷位置之間。兩條氣流通路處於競爭狀態，能使氣體噴出速率得以增大。在各起弧接觸器的分離之後，此閥能使此氣流通路在開通的起始可精確地確定。各起弧接觸器的分離與閥的打開之間所經過的時間間隔被利用來繼續由活塞和當各起弧接觸器分離時在後者之間引出的電弧所聯合造成的氣體膨脹容積之中的壓力增大。有利的是，第四標號位置P6位於第五標號位置P4與開斷位置之間。換句話說，在實現機構的開通順序時，第二路徑的開通先於第一路徑的開通。優選的是，第二標號位置P5位於第四標號位置P6和第五標號位置P4的附近。
根據優選實施例，第一起弧接觸器包括一管筒而氣流通路通過此管筒。


其他一些優點和特點從本發明各具體實施例的以下說明中會更加顯而易見，這些實施例只是作為一些非限制性的範例而提出並表明在所附各圖之中，圖中圖1表明在開斷位置上的、符合本發明第一實施例的一種斷路器的示意圖；圖2表明在開斷位置上的圖1中斷路器的頂部軸向截面圖；圖3表明在開斷位置上的圖1中斷路器的底部軸向截面圖；圖4表明在閉合位置上的圖1中斷路器的頂部軸向截面圖；
圖5表明在閉合位置上的圖1中斷路器的底部軸向截面圖；圖6示出關於一接觸裝置位置的不同速度的曲線圖；圖7表明本發明第二實施例的一細節。
具體實施例方式
參照圖1～5，一種高壓斷路器，在此情況下為一種設計用於超過36KV電壓的斷路器，可以看出浸入在充滿一種介質強度氣體如六氟化硫(SF6)的封套10之中，並包括由一操縱機構14推動的第一接觸裝置12；聯接器16，其牢固地接合於第一接觸裝置12；以及第二接觸裝置18，其藉助於一運動傳動機構20可動地聯接於聯接器16。封套10使得可能確定一固定的幾何參照軸線22而構成各運動零部件的移動軸線。
第一接觸裝置12，在圖2和4中可詳細看到，包括管狀圓筒形永久接觸器24和同軸線地配置在永久接觸器24內側的起弧接觸器26。起弧接觸器26也是管狀的並在其自由端部處配置一排列成狀為花冠的各觸指組成的一拉入式鬱金香花瓣狀接觸器28。永久接觸器24本身配有一圓筒形終端拉入式接觸器墊板30，使它能夠結合第二接觸裝置18而工作。起弧接觸器26和永久接觸器24彼此牢固地接合併由操縱機構14一起驅動。
聯接器16由一零件構成，後者由絕緣材料如特氟隆製成，使得可能在出現電弧時脫氣。它固定在永久接觸器24的一內部表面上並置於永久接觸器的圓筒形終端拉入式接觸器墊板30與起弧接觸器的鬱金香花瓣狀接觸器28之間。聯接器制有一隔開兩個擴孔而成的凹槽34、36的頸部32。
永久接觸器24的終端拉入式接觸器墊板30由一滑動接觸壁板38的一圓筒形外部周邊表面予以延伸；壁板38沿軸向在一圓筒形捕集器40的內側滑動，該捕集器40相對於用作接觸裝置12的支承和導引件的封套10而被固定；捕集器40配有一滑動接觸圈41，用於當永久接觸器24發生移動時造成永久接觸器24與捕集器40之間的電氣接觸。圓筒形捕集器40限定了由一圓筒頭蓋44嚴密密封起來的內部壓縮容積42。永久接觸器24在其伸進捕集器40的軸向端部處配置一活塞46，該活塞46把壓縮容積42與一由永久接觸器24的圓筒形壁板38並在其對置於活塞46的軸向端部處由聯接器16沿徑向予以約制的電弧擴展容積隔開。活塞46配有排放閥50，一當壓縮容積42中的壓力變得大於電弧擴展容積48中的壓力時即行開斷。活塞46牢固地接合於永久接觸器24和起弧接觸器26上並形成永久接觸器24與起弧接觸器26之間的一條電流通路。起弧接觸器26形成穿過活塞46和圓筒頭蓋44的管筒52，並凸起在由密封起來的封蓋10予以約制的氣體膨脹容積54的內側。氣體膨脹容積54佔據了封套中所有可供使用的空間，直至擴孔而成的凹槽36。管筒52的端部固定於構成驅動機構14的輸出部分的直杆56上。各側向孔口58製成在管筒52的端部，以致在電弧擴展容器48與氣體膨脹容積54之間形成一條氣體流動通路60，通過管筒52的內側。不過，牢固地接合於用作延遲閥的圓筒頭蓋44的閉鎖套筒61，在示於圖4之中的閉合位置上嚴密地蓋住各孔口58。
圓筒頭蓋44配有一充灌閥62和一洩放閥64。充灌閥62當壓縮容積42中的壓力低於氣體膨脹容積54中的壓力時實現從氣體膨脹容積54到壓縮容積42的連通。當壓縮容積42與氣體膨脹容積54之間的壓差大於由閥門64的一復位彈簧66所確定的洩放臨界值時，洩放閥64實現從壓縮容積42到氣體膨脹容積54的連通。
第二接觸裝置18，在圖3和5中可以看到，由一第二永久接觸器70和一彼此牢固地接合起來的第二起弧接觸器72構成。永久接觸器70由一多孔的金屬管件構成，其一自由端配有一狀為各鬱金香花瓣形觸指的接觸抓手74。永久接觸器70沿軸向在一配有一滑動接觸器76的固定捕集器74之中滑動，當永久接觸器70產生移動時造成永久接觸器70與捕集器74之間的電氣接觸。第二起弧接觸器72構成一金屬觸指78，具有與聯接器頸部內徑一樣的內徑，由一金屬直杆80予以延伸。起弧接觸器72和永久接觸器70藉助於同樣確保兩接觸器70、72之間電流流動的沿直徑橫杆82而彼此固定。
運動傳動機構20包括一樞轉復位凸輪84，結合起弧接觸器72的直杆80的一軸向端部和一細小傳遞連杆86從事運作。凸輪84可圍繞一垂直於參照軸線22的固定的幾何樞轉軸89作樞轉。連杆86鉸接在凸輪84上和配裝在聯接器16一軸向端部的冠座88上。起弧接觸器72的軸向端部配有一滾輪90，其具有一滑塊的功能並與在凸輪84上製成的一條鐮刀形狀曲線溝槽92所構成的軌道結合而運作。行走復位彈簧94的一端把橫杆82和第二接觸裝置18推壓到閉合位置。
此設備以下面的方式運作在閉合位置上，在圖4和5之中，第二永久接觸器70的接觸抓手74夾住第一永久接觸器24的外部周邊30並形成一條通過第一捕集器40、滑動接觸器41、第一永久接觸器24、接觸抓手74、第二永久接觸器70、滑動接觸器76和第二捕集器76的電流通路。構成第二起弧接觸器72端部的觸指78深深地伸進第一起弧接觸器26並堵住管筒52。第一起弧接觸器26的鬱金香花瓣形觸指接觸抓手28夾住觸指78並形成一條第一與第二捕集器之間的第二電流通路。觸指78堵住了由起弧接觸器26形成的管筒52端部，以致容放在管筒52之中的氣柱被封住了。觸指78還佔據了頸部32的整個內部空間，以致它也至少部分地在此位置處閉合了電弧擴展容積48。
當開斷此設備時，操作機構14連續不停地把第一接觸裝置12從示於圖4和5之中的閉合位置驅向示於圖1至3之中的開斷位置。第一接觸裝置12的運動藉助於聯接器16和傳動機構20被傳遞給第二接觸裝置18。
為了比較精確地描述開斷運動原理，表示第一接觸裝置12的速度(曲線A)、第二接觸裝置18的速度(曲線B)、第二接觸裝置12的速度與第一接觸裝置18的速度之間的比值(曲線C)對於示於X軸上的第一接觸裝置12相對於捕集器40移動的各關係曲線示於圖6之中。
凸輪84的形狀是這樣的，即在一第一階段，第二接觸裝置18實際上保持不動，以致驅動機構14的所有能量用於加速第一接觸裝置12的目的。換句話說，如果我們考查第一接觸裝置12的速度模數V1和第二接觸裝置18的速度模數V2，只要第一接觸裝置是在閉合位置與一在簡圖中由P1表示的第一過度標號位置之間，比值V2/V1就接近於零，並在任何情況下小於0.5。在P1以上，第一接觸裝置12到達永久接觸器24、70的一個大致上處在它們全部行程的10％處的分離位置P2。凸輪84已經樞轉了幾度，以致速度傳遞比值V2/V1增大很快而超過1。當第一接觸裝置12到達一個它在該處離開第二起弧接觸器72的位置P3時，它已經走過了它的開斷行程的大約30％而速度比值超過1.5。各起弧接觸器的相對分離速度，等於V1+V2，則是很高的。比值V2/V1保持大於1.5大約0.5至3毫秒，使得能夠發生起弧接觸器26、72的極高速分離，並且當第一接觸裝置到達一位置P5時通過最大值。只要速度比值V2/V1保持大於1，較輕接觸裝置亦即不支承聯接器16的第二接觸裝置18的加快領先於較重接觸裝置亦即第一接觸裝置12的移動。在各起弧接觸器的這一分離階段中，對於由機構14所提供的一給定的全部機械作用力來說，這一傾向使得此可動組件的相對速度V1+V2可能被最大化。的確，如果我們考查一個所涉及的機械系統的簡化模型，最大速度的獲得是由於 即dV1＝-dV2作為初步近似，最小作用力的獲得是由於dW＝M1V1dV1+M2V2dV2＝0其中M1是牢固地接合於第一接觸裝置12的各運動零件的質量，亦即，作為初步近似，是永久接觸器24、起弧接觸器26、直杆56、聯接器16和冠座88的各質量的總和，而其中M2是牢固地接合於第二接觸裝置18的各運動零件的質量，亦即永久接觸器70、起弧接觸器72和橫杆82的質量。
然後我們得出M1V1-M2V2＝0這等同於V2V1=M1M2]]>這一簡化模型，不考慮運動傳動機構的各運動質量，因而表明，如果我們想要使相對速度V1+V2最大化而使動能最小化，對我們有利的是使比值V2/V1接近第一和第二接觸裝置的各可動組件的運動質量的比值M1/M2。實踐中，還包含聯接器的第一可動組件的質量M1，總是大於第二可動組件的質量M2。比值M1/M2將往往是較高的，大約1.5至2，以致將難以獲得一個等於各質量的比值的比值V2/V1。我們因此將在各起弧接觸器分離之後幾毫秒期間內滿足於一大於1.2，或者優選大於1.5的比值V2/V1。
傳遞凸輪84加工成形的方式是，當第一接觸裝置已經走過其開斷行程的大約50％時，速度比值V2/V1跌回1以下並迅速下降。當第一接觸裝置通過一過渡位置P7時，速度比值跌回0.5以下，而且它在90％左右的開斷行程處成為零。
關於開斷的這一純粹運動學說明，使得可能分辨不同的階段。
初始運動，在到達P1之前，使得可能把由驅動機構14發送的全部能量給予第一接觸裝置12和把一種泵送效應迅速予以觸發。一旦活塞的運動在壓縮容積42中生成比在起弧擴展容積48中更大的壓力，排放閥50就開斷而位於壓縮容積42中的氣體就開始進入電弧擴展容積48。然後，隨著接觸觸指78堵住經由起弧接觸器管筒52的逸出通路60和通過頸部32的逸出通路，而電弧擴展容積48中的壓力開始增大。
當永久接觸器24、70在P2處分離時，通過永久接觸器24、70的電流通路被切斷。不過，通過起弧接觸器26、72的輔助電流通路由於觸指78仍然部分地被咬合在鬱金香花瓣形觸指式接觸抓手28之中而繼續存在，以致在達到各起弧接觸器的分離位置P3之前沒有電弧引出在永久接觸器24、70之間。電弧擴展容積48中的壓力繼續增大。從位置P3向前，開斷的繼續主要取決於當發生開斷時流動在斷路器之中電流的類型。在短路電流時的開斷將陸續地與在超載電流時的開斷和在容性電流時的開斷區分開。
當斷路器在AC短路電流時開斷時，一旦起弧接觸器26、72分離開來，一非常高能的電弧就出現在起弧接觸器26、72之間並佔據所有可供使用的空間，以致電弧擴展空間48中的壓力大為增加。
此外，電弧導致聯接器16的氣體生成材料的脫氣而誘發電弧擴展容積48中的壓力更加增大。當發生起弧接觸器26、72的分離時，延遲閥61仍然蓋住各小孔58，以致氣體被關在電弧擴展容積48之中，更加促進壓力增大。在行進更多幾釐米之後，各小孔58達到圖6曲線的點P4而露了出來，而包含在電弧擴展空間48之中的氣體經由起弧接觸器26的管筒52的內側逸出到氣體膨脹容積54。一旦起弧接觸器72已經向下移動到頸部32以下，在圖6曲線的點P6處，至今一直堵住頸部的觸指78，就開通另一路徑用於電弧擴展容積48的各種氣體通過頸部32流向氣體膨脹容積54。不過，這些出口不足以把電弧擴展容積48中的壓力降低到任何顯著的程度，以致電弧擴展容積48中的壓力超過壓縮容積42的壓力而排放閥50閉合。當開斷動作繼續時，活塞46壓縮位於壓縮容積42中的氣體，直至洩放臨界值被達到為止，超過此臨界值，洩放閥64開斷而使得保留在壓縮容積42中的氣被排除到氣體膨脹容積54，以致開斷動作的繼續不受阻礙。然後，電弧當電流越過零值時熄滅。不過，電弧擴展容積48中的壓力不會迅速下降而足以使得排放閥50重新開斷。在此工作模態中，因此電弧擴展容積48和壓縮容積42保持分開直至開斷結束。當第一接觸裝置已經走過其開斷行程的大約50％時，速度比值V2/V1跌回1以下並迅速降低。
當斷路器在AC超載電流時開斷時，一旦發生各起弧接觸器的分離，一高能電弧即在位置P3處出現在各起弧接觸器之間。由於在前一階段的結束處在電弧擴展容積48中顯著的高壓，電弧受到很大的約束。其次，受壓的氣體比未受壓的氣體可提供較高的發熱能力，能使得比較有效地噴出由電弧生成的各種熾熱氣體。電弧釋放出大量的能，導致聯接管16的氣體生成材料脫氣而誘發電弧擴展容積48中壓力的更加降低，以致排放閥50重新閉合。氣體的流出被延遲直至在點P4處各小孔58開斷。包含在擴展容積中的氣體經由起弧接觸器管筒的內側逸出到氣體膨脹容積。一旦起弧接觸器已經向下移動到頸部以下，點P6以外，則氣體也朝向聯接器16的底部逸出。電弧當電流越過零點時熄滅。如果電弧釋放出的能量不太大，電弧擴展容積48中的壓力則迅速下降而使得排放閥50重新開斷。當第一接觸裝置已經走過其開斷行程的大約50％時，速度比值V2/V1跌回1以下並迅速降低。在此階段中，驅動機構14可供使用的能量由此再次用於領先加速第一接觸裝置12並由此推動壓縮容積42中活塞46運動的目的。潔淨的新鮮氣體因而再次從壓縮容積42被送向電弧擴展容積48以及送向起弧接觸器26、72，直至開斷結束為止，防止了電弧在各起弧接觸器之間的再次觸發。
根據一容性試驗的各項條件，當在P3處分離的各起弧接觸器開通在其中流動弱電流的容性電路時，一較弱的電弧被引發在起弧接觸器26、72之間。此電弧由於介質氣體的優良品質而幾乎立即自行熄滅。電流被中斷而接觸裝置12、18之間的電壓開始很快地增大。由於活塞46在壓縮容積42中的移動，不斷的新鮮氣體流入壓力增大的電弧擴展容積48。一旦各小孔58不再被套筒61堵住(點P4)，各種氣體即經由管筒52逸出到膨脹容積54。為了防止接觸裝置12、18之間電弧的再次觸發，重要的是接觸器12、18之間的電壓保持低於擊穿電壓。不過在所涉及的工作範圍內，帕申(Paschen)定律指出，擊穿電壓是氣體壓力與各接觸器分離距離乘積的增函數。因此重要的是，在電弧熄滅的那一刻，擊穿電壓很高並迅速增高，任何情況下比起弧接觸器之間的電壓增高要快。
這事實上正好是前述運動特性所實現的情況。對應於速度比值V2/V1最大值的點P5事實上位於各起弧接觸器分離點P3與開斷位置之間。此外，這一點對應於大於1的一速度比值，它使得可能加快較輕的接觸裝置，亦即不支承聯接器16的第二接觸裝置18，而領先於較重接觸裝置亦即第一接觸裝置12的運動。對於由機構14所提供的一給定的全部機械作用力來說，如前所述，這一傾向使得此可動組件的相對速度V1+V2可能最大化。
在此階段中，我們因而被引向與增大活塞46的速度V1而領先增大各起弧接觸裝置的相對分離速度V1+V2。換句話說，如果我們參照帕申定律，則增大各接觸器之間的距離領先於增大壓力。不過應當注意到，在壓縮容積42內側活塞46的移動足以維持，並甚至稍許增大，電弧擴展容積48中高於氣體膨脹容積54中的壓力，儘管由於活塞46的有效表面大於管筒52的內部橫截面而連續氣流經由起弧接觸器26流向氣體膨脹容積54。但是，擴展容積中的壓力增大受到各氣流通路的妨礙，最遲是在接觸觸指78從聯接器頸部32解開並打開通過頸部32的第二氣流通路的時候。
當第一接觸裝置已經達到其開斷行程的50％時，各接觸器之間的距離足以防止在各種容性試驗條件下的任何電弧重新觸發。氣體從壓縮容積42到電弧擴展容積48流出，繼續下去直到開斷結束。
點P7以外並在所有開斷情況下，各種潔淨的新鮮氣體從壓縮容積42被送往電弧擴展容積48和起弧接觸器26、72，直至開斷結束為止，防止了各起弧接觸器之間的任何電弧再次觸發。其次，第二接觸裝置運動的結束用以壓縮彈簧94。
閉合以相反的方式進行，注意充灌閥62此時成為起作用的以使壓縮容積42的充灌得以實現。在閉合行程的最初10％之後，第二接觸裝置18開始動作。彈簧94此時可防止傳動機構20的任何阻滯。
當然，可以作出多種改進。
由延遲閥61(在點P4處)打開各小孔58發生在各接觸器(在曲線的點P3處)分離之後，優選是在開斷聯接器頸部(在點P6處)之前，由於優選是首先開斷具有一較小流動截面的氣流路徑，即路徑60。P4和P6兩點相對於確定速度比值最大值的點P5的定位不是至關重要的，只要這三個點保持彼此接近。根據對於圖6的簡圖的第一代換方案，點P6可以位於P4與P5之間。根據另一代換方案，點P4可以位於P5與P6之間。在某些應用場合下，有可能在完全沒有延遲閥61的情況下行事，以致一當觸指78在點P3處挪出管筒58，氣流通路60就開通了，已知原先觸指78在閉合位置上堵住管筒52。
可以配置具有不同結構的傳動機構以獲得等同於第一實施例的一條速度曲線。圖7表明第二實施例的一個細節，其中傳動機構120包括一凸輪184，該凸輪184一方面結合起弧接觸器80的一端而另一方面結合連杆186一起運作。起弧接觸器80的端部如同在第一實施例之中那樣配有一滾輪190a，該滾輪190a具有滑塊的功能並結合一條由製成在凸輪184上的曲線溝槽形成的軌道192a一起運作。同樣，連杆186在其端部處配有一滾輪190b，該滾輪190b具有滑塊的功能並結合一條由製成在凸輪184上狀為鉤子的第二曲線溝槽形成的軌道192b一起運作。兩條軌道192a和192b的形狀的選擇便於獲得與對第一實施例所述的那些速度比值類型一樣的各速度比值。符合第二實施例的斷路器的其他一些零件等同於第一實施例的那些零件。
此外有可能配置一閥門，代替套筒61來閉合靠近接觸觸指的管筒，以便更進一步地在開斷的起始時促進擴展容積中的壓力增大，特別是在各種容性試驗條件下。
在所述各實施例中，永久接觸器70是可動的並牢固地接合於起弧接觸器72。也可以構想配置一靜止的永久接觸器70和一單獨由傳動機構20驅動的起弧接觸器72。
權利要求
1.一種高壓帶荷電氣開關設備，在充滿一種高介電強度氣體中的密封封套(10)中並確定幾何參照軸線(22)，包括固定支座(40)，界定一壓縮容積(42)，第一接觸裝置(12)，相對於支座(40)可動並包括第一永久接觸器(24)，聯接器(16)，由電絕緣材料製成，牢固地接合於第一永久接觸器(24)，活塞(46)，牢固地接合於第一永久接觸器(24)並在支座(40)之中滑動，以便與聯接器一起限定電弧擴展容積(48)並將電弧擴展容積(48)與壓縮容積隔開，活塞(46)配備排放閥(50)用於從壓縮容積(42)到電弧擴展容積(48)的排放，此閥當壓縮容積(42)中的壓力成為大於電弧擴展容積(48)中的壓力時開通，第一起弧接觸器(26)，牢固地接合於第一永久接觸器(24)並伸進電弧擴展容積(48)；第二接觸裝置(18)，包括相對於封套可動的第二永久接觸器(70)和第二起弧接觸器(72)；驅動機構(14)，以沿著參照軸線(22)作軸向平移運動的方式，把第一接觸裝置(12)從閉合位置驅向開斷位置，通過第一和第二永久接觸器的過渡分離位置(P2)，在此處第一和第二永久接觸器彼此失去接觸，以及通過第一和第二起弧接觸器的過渡分離位置(P3)，居於第一和第二永久接觸器的過渡分離位置(P2)與開斷位置之間，在此處第一和第二起弧接觸器彼此失去接觸；傳動機構(20)，在聯接器(16)與第二起弧接觸器之間(72)構成一永久運動聯繫以便把聯接器(16)的運動傳遞給第二起弧接觸器(72)，特徵在於，傳動機構(20)是，當第一接觸裝置(12)以一具有模數V1的速度沿第一方向軸向移動時，第二起弧接觸器以具有與模數V1成一比值V2/V1的模數V2的速度在相反方向上順著參考軸線(22)作平移運動，比值V2/V1是根據第一接觸裝置(12)相對於封套(10)的位置以如下方式變化的，即比值V2/V1保持低於0.5的數值，只要第一接觸裝置(12)是在閉合位置與第一標號位置(P1)之間，後者居於閉合位置與第一和第二起弧接觸器過渡分離位置(P3)之間，當第一接觸裝置(12)通過居於第一和第二永久接觸器過渡分離位置(P2)與開斷位置之間的第二過渡標號位置(P5)時，比值V2/V1通過大於1的最大值，比值V2/V1保持低於0.5的數值，只要第一接觸裝置是在第三標號位置(P7)與開斷位置之間，其中所述第三標號位置(P7)位於第二標號位置(P5)與開斷位置之間。
2.根據權利要求1所述的帶荷電氣開關設備，其特徵在於，第二標號位置(P5)居於第一和第二起弧接觸器的過渡分離位置(P3)與開斷位置之間。
3.根據前述權利要求任一項所述的帶荷電氣開關設備，其特徵在於，V2/V1的最大值大於1.5。
4.根據前述權利要求任一項所述的帶荷電氣開關設備，其特徵在於，第二永久接觸裝置(70)和第二起弧接觸裝置(72)彼此牢固地接合。
5.根據權利要求4所述的帶荷電氣開關設備，其特徵在於第一接觸裝置(12)與聯接器(16)一起構成具有質量M1的第一可動組件；第二永久接觸裝置(70)和第二起弧接觸裝置(72)構成具有質量M2的第二可動組件；以及當第一接觸裝置(12)通過第一過渡標號位置時，速度比值證實了關係式0.8M1M2V2V11.2M1M2.]]>
6.根據權利要求5所述的帶荷電氣開關設備，其特徵在於，當第一接觸裝置通過第一過渡標號位置時，速度比值證實了關係式V2V1=M1M2.]]>
7.根據前述權利要求任一項所述的帶荷電氣開關設備，其特徵在於，傳動機構(20)包括凸輪(184)，其圍繞相對於封套(10)固定的幾何軸線(88)作樞轉並包括曲線軌道(92)，滑塊(90)，其牢固地接合於第二起弧接觸器(72)並結合軌道(92)一起運作，以及連杆(86)，其鉸接在凸輪(84)上和牢固地接合於聯接器(16)的一部分(88)上。
8.根據權利要求1至6任一項所述的帶荷電氣開關設備，其特徵在於，傳動機構包括凸輪(184)，其圍繞相對於封套固定的幾何軸線作樞轉並包括第一曲線軌道(192a)和第二曲線軌道(192b)，第一滑塊(190a)，其牢固地接合於第二起弧接觸器(72)並結合第一軌道(192a)一起運作，以及連杆系統，其牢固地接合於聯接器(16)並包括結合第二軌道(192b)一起運作的第二滑塊(190b)。
9.根據前述權利要求任一項所述的帶荷電氣開關設備，其特徵在於，聯接器包括頸部，為從電弧擴展容積(48)流向封套內側氣體膨脹容積(54)的氣流構成第一氣流通路，此第一通路至少部分地由第二起弧接觸器(72)使之閉合，只要是第一接觸裝置(12)是在閉合位置與第四過渡標號位置(P6)之間，而後者位於第一和第二起弧接觸器的過渡分離位置(P3)與開斷位置之間。
10.根據權利要求9所述的帶荷電氣開關設備，其特徵在於，此設備包括第二氣流通路(60)，用於封套(10)的電弧擴展容積(48)與氣體膨脹容積(54)之間的氣流。
11.根據權利要求9所述的帶荷電氣開關設備，其特徵在於，第二氣流通路(60)配備延遲閥(61)，只要第一接觸裝置(12)是在閉合位置與第五標號位置(P4)之間，而後者位於第一和第二起弧接觸器的過渡分離位置(P3)與開斷位置之間，此延遲閥即保持封閉。
12.根據權利要求11所述的帶荷電氣開關設備，其特徵在於，第四標號位置(P6)位於第五標號位置(P4)與開斷位置之間。
13.根據權利要求12所述的帶荷電氣開關設備，其特徵在於，第二標號位置(P5)接近於接近第四標號位置(P6)和第五標號位置(P4)。
14.根據權利要求11所述的帶荷電氣開關設備，其特徵在於，第一起弧接觸器包括管筒，而且氣流通路通過此管筒。
15.根據權利要求14所述的帶荷電氣開關設備，其特徵在於，只要第一接觸裝置位於閉合位置與第一和第二起弧接觸器的分離位置之間，第二起弧接觸器就堵住管筒。
全文摘要
一種高壓斷路器包括:第一接觸裝置12,其由驅動機構14驅動;聯接器16,其牢固地接合於第一接觸裝置12;以及第二接觸裝置18,由一帶有凸輪84的傳動機構20在運動學上聯接於聯結器,此機構在第二與第一接觸裝置之間實現一可變的速度比值V
文檔編號H01H33/78GK1357901SQ0114252
公開日2002年7月10日 申請日期2001年11月30日 優先權日2000年11月30日
發明者文森特·查雷龍, 米歇爾·維納蒂爾, 喬治斯·高達特, 法布裡斯·傑勒特, 皮埃爾·切夫裡爾, 豐田充 申請人:施耐德電器高電壓產品公司, 東芝公司