單塊固定導體和包含該導體的限流電力開關的製作方法
2023-06-10 17:24:21 1
專利名稱：單塊固定導體和包含該導體的限流電力開關的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力開關，尤其涉及具有單塊固定導體的開關，該單塊固定導體構造成用於提高限流(能力)並抵抗在閉合和高電流中斷期間的變形。
背景技術：
電力斷路器通常用作具有附加的下遊支路斷路器的配電系統中的主斷路器。它們也用作在可選電源之間切換的轉換開關，以及用作較大型配電系統中的網絡保護器。在這些系統中，電力斷路器必須具有足夠的承受能力以允許下遊斷路器對故障作出響應，以使斷電程度最小。然而，在發生非常大的故障，例如就在電力斷路器下遊出現故障的情況下，希望電力斷路器快速響應以限制故障電流。已知為此限流目的，可以提供具有推動打開(blow open)觸點結構的電力斷路器。這種打開由處於故障電流電平的觸點之間的電磁斥力來驅動，該電磁斥力通過電流路徑的幾何形狀而增強。電流沿固定的線路導體流到該觸點並通過活動指部流向負載導體。由於在任何時刻電流均沿一個方向在一個導體中流動並且沿相反方向在另一個導體中流動，因此在該線路導體和該觸點指部中的電流路徑總體平行、互相靠近並且電異相。這就是通常所謂的「反向迴路」。選擇觸點結構的以及斷路器的其餘部分的間隙和其它參數，以使觸點在所希望的「承受」或「閾值」電流電平下保持閉合，但在很高的短路中斷電流電平下迅速打開。該線路導體必須具有承受來自活動觸點和高故障電流的很大的力的機械強度，並且具有用於很高的直流額定電流的高電流承載和熱傳導的能力。此外，需要電弧滾環(arc runner)為電弧提供平滑的過渡，以便在中斷期間使電弧離開觸點並朝向電弧隔板行進。該電弧滾環應該在至多為最大中斷電流額定值的整個電流範圍內將電弧集中在電弧室中，而不允許電弧停留在拐角上或任何突然過渡部分。嚴重偏離到電弧室的一側的電弧會沿著電弧室壁前進而不能進入電弧隔板，這導致中斷性能較差。最後，該固定觸點組件必須剛性地安裝在斷路器殼體中，並且導體、觸點、電弧滾環和其它主要部件相對於彼此以及相對於斷路器框架、活動觸點和電弧隔板準確定位。
包括電弧滾環的固定觸點組件必須以這種方式製造，該方式能以有效成本靈活地生產出所期望的幾何形狀。用於該電力斷路器的高中斷(限流)方式的固定觸點組件應該能夠與相同殼體中的標準電力斷路器的觸點組件互換，以便可以在相同產品系列中以有效成本提供高中斷方式。
因此，限流電力斷路器、尤其是固定觸點組件存在改進的空間。
發明內容
根據本發明的一些方面，線路側端子、導體和電弧滾環被結合在單塊固定導體內，對於每個電極該單塊固定導體鑄造成一個部件。因此，不存在將產生熱和限制熱流動的部件與部件之間的連接點。為了獲得最佳的電磁性能，也允許幾何形狀變化。
更具體地，本發明的一些方面涉及用於電力開關的單塊固定導體，該單塊固定導體包括具有在其前表面和後表面之間延伸的主軸線的導體部分，和在該導體部分的第一端部處橫向於該主軸線遠離該後表面延伸的端子部分。電弧滾環部分從該導體部分的第二端部延伸並且也具有前表面和後表面。為了使反向迴路最長，該導體部分具有從該第二端部沿該主軸線延伸的延長部，和形成該導體部分的第一端部且橫向於該主軸線延伸以與該端子部分連接的過渡部。該端子部分在該主軸線的方向上具有第一厚度，而該過渡部具有小於該第一厚度的第二厚度。此外，該過渡部的寬度可大於端子部分的寬度，從而儘管為了延長該反向迴路該過渡部沒有該端子部分厚，該過渡部也能通過加寬而保持載流能力。
根據本發明的其它方面，該單塊固定導體的導體部分和電弧滾環部分可以具有從它們的後表面沿橫向突出並延伸到該端子部分的整體加強肋部，以便將由施加在該固定導體上的很大機械力和磁力產生的變形降到最小。
根據本發明的其它方面，該電弧滾環部分的前表面從該導體部分朝自由端逐漸變細。此外，該電弧滾環部分的前表面可具有總體沿側向居中的凸起區域，該凸起區域在寬度上從相鄰的導體部分朝該電弧滾環部分的自由端變窄。該凸起區域可以是從相鄰的導體部分逐漸變細的錐形凸起區域和從該錐形凸起區域向該電弧滾環部分的自由端延伸的縱向凸起肋部。此外，該電弧滾環部分的前表面可在至少與該導體部分相鄰處與該導體部分的前表面形成鈍角。
本發明還包括一種包含該單塊固定導體的電力開關。更特別地，本發明涉及一種包括殼體和活動觸點組件的電力開關，該活動觸點組件包括至少一個具有固定到自由端的活動觸點的活動觸點指部。該至少一個觸點指部可在閉合位置和打開位置之間移動。該開關還具有包括該單塊固定導體的固定觸點組件。該單塊固定導體包括導體部分，該導體部分包括具有在前表面和後表面之間延伸的主軸線的延長部和形成該導體部分的第一端部並橫向於該主軸線延伸的過渡部。該單塊固定導體還包括從由該過渡部形成的該導體部分的第一端部橫向於該主軸線延伸的端子部分，和從由該延長部形成的該導體部分的第二端部延伸並且也具有前表面和後表面的電弧滾環部分。在與該導體部分的第二端部相鄰處該延長部的前表面上安裝有至少一個固定觸點。最後，該電力開關包括電弧隔板，該單塊固定導體的電弧滾環部分朝向該電弧隔板延伸。當位於閉合位置時，該至少一個觸點指部以隔開的關係沿著該單塊固定導體組件的導體部分的延長部的前表面延伸，並且該至少一個活動觸點指部的活動觸點與所述至少一個固定觸點接合以形成反向電流迴路。單塊固定導體可以具有任何或所有上述特徵。此外，該加強肋部可以具有橫向於該主軸線延伸的加厚中間柱，該中間柱抵靠在該殼體上以吸收很高的閉合力和中斷力。該單塊固定導體的過渡部的寬度可以比端子部分的寬度大，從而形成抵靠在殼體上的肩部以使該導體定位並且還有助於吸收閉合力和中斷力。
通過結合附圖閱讀下面對優選實施例的描述，可以充分理解本發明，在附圖中圖1是處於閉合位置的根據本發明的限流電力斷路器的一個極的相關部分的垂直剖面圖；圖2與圖1類似，示出處於打開位置的限流電力斷路器；圖3與圖1和2類似，但示出處於推動打開位置的限流電力斷路器；圖4是固定觸點組件的分解的正面立體圖，該固定觸點組件包括形成圖1-3的斷路器的一部分的單塊固定導體；圖5是圖4所示的單塊固定導體的側視圖。
圖6是單塊固定導體的後視立體圖。
具體實施例方式
本發明可應用於在配電系統中所使用的電力開關，例如斷路器、轉換開關、網絡保護器等等，下面將描述在限制高電流的電力斷路器中的應用。圖1-3示出結合本發明的方面的限流電力斷路器1的相關部分。該斷路器1包括容納和支承活動觸點組件5的絕緣模製殼體3。該活動觸點組件5包括活動觸點託架7，該託架由支腳9樞轉地支承以便圍繞樞軸11旋轉。該觸點託架7支承多個觸點指部13，在這些觸點指部上固定有靠近自由端17的活動觸點15。
活動觸點組件5由驅動連杆19在圖1所示的閉合位置和圖2所示的打開位置之間驅動，該驅動連杆通過曲柄21連接到極軸23上。該極軸由操作機構(未示出)以公知的方式旋轉。
電力斷路器1還具有包括單塊固定導體27的固定觸點組件25。圖4-6詳細示出了該固定觸點組件25和該單塊固定導體27。如圖所示，單塊固定導體27包括具有主軸線31的中間導體部分29。該導體部分29依次具有總體沿主軸線31的方向延伸的延長部33和總體橫向於主軸線31延伸且形成該導體部件29的第一端部37的過渡部35。該延長部33形成該導體部分29的上部的第二端部39。該導體部分的延長部33具有前表面41和後表面43。
該單塊固定導體27還包括端子部分45，該端子部分在由過渡部35所形成的第一端部37處遠離該導體部分29的後表面43延伸。該端子部分45總體橫向於主軸線31延伸。此外，電弧滾環部分47從該導體部分29的第二端部39延伸出並具有前表面49和後表面51。
單塊固定導體27的端子部分45具有第一厚度t1，該厚度大於過渡部35的第二厚度t2，其目的將隨後討論。此外，端子部分45具有第一寬度w1，該寬度比過渡部35的寬度w2小。這在過渡部35的每一側形成肩部53，其目的也將隨後討論。端子部分45可以具有用於直接地或通過快速接頭(未示出)連接各種線路導體(未示出)的孔55以及其它部件例如57。
電弧滾環部分47從相鄰的導體部分29的第二端部39向電弧滾環部分的自由端59逐漸變細。在前表面49上有一總體沿側向居中的凸起區域61，該區域從相鄰的導體部分29向自由端59變窄。該中央凸起區域61由從相鄰的導體部分29逐漸變細的錐形凸起區域63和從該錐形凸起區域朝自由端59延伸的縱向凸起肋部65構成。在該示例性的單塊固定導體27中，電弧滾環部分47的前表面49在至少與導體部分29的第二端部39相鄰處與延長部33的前表面41形成鈍角。
單塊固定導體29還具有從延長部33的後表面43和電弧滾環部分47的後表面51突出並延伸到端子部分45的整體式加強肋部67。該加強肋部67抵抗在閉合和電流中斷期間施加在單塊固定導體27上的較高機械力和電磁力，以及由高電流電平所產生的熱引起的變形。此外，加強肋部67具有橫向於主軸線31延伸的加厚中間柱69，將會看到，該中間柱將這些力中的一些力傳遞給殼體3。
延長部33的前表面41具有一個與延長部33的第二端部39相鄰的凹座71，在該凹座上安裝有一個或多個固定觸點73。該凹座71的深度的尺寸製成為使得固定觸點73在延長部33的第二端部39處與前表面41齊平。這些在固定觸點73的表面和延長部33的端部39的表面之間具有很小的間隙或不具有間隙的平坦平面可以使在觸點斷開期間所形成的電弧容易地移動。電弧的快速移動提高了斷路性能並降低了觸點磨損。齊平的過渡與電弧滾環部分上的大倒圓前部邊緣拐角75和側邊76結合，消除了能夠吸引電弧、使電弧的移動停止和阻止電弧集中在電弧室中的尖銳拐角。當電弧沿電弧滾環部分47行進時，電弧滾環部分47的前表面49上的錐形凸起部分63使得可能在越過觸點73的任何位置形成的電弧朝著中心聚集。除了電弧滾環部分47上的前部邊緣拐角75，單塊固定導體27的所有邊緣和拐角也都是倒圓的。也可以採用具有合適長度的整體觸點。
在延長部33的前表面41上的位於觸點凹座71下方的第二凹入區域77接納還可包含氣體放出材料的絕緣部件79。單塊固定導體27可具有其它提高性能的部件，例如在延長部33兩側的柱81，該柱能夠用作附加的產生氣體的樹脂材料(未示出)的支座。
返回到圖1-3，固定觸點組件25安裝在殼體3中並位於突出部分83上，端子部分45穿過後部開口85，並且該固定觸點組件由穿過該過渡部35中的孔86(參見圖6)的螺栓(未示出)緊固在適當的位置。在此位置處，當活動觸點組件5在如圖1所示的閉合位置時，延長部33與觸點指部13平行且具有一定間隔。這形成了一個由箭頭87所示的反向電流迴路。穿過該斷路器的電流路徑通過將觸點指部13連接到負載端子的柔性分路來完成，為清楚起見該負載端子和柔性分路都未示出。當斷路器被打開或者由於較小故障而跳閘時，極軸23旋轉，以將活動觸點組件5樞轉到圖2所示的打開位置。當活動觸點15與固定觸點73分離時，觸發電弧，由於在反向電流迴路87中所產生的電磁力，該電弧被向上驅動而沿電弧滾環部分47進入電弧隔板89，在電弧隔板處電弧在越過電弧板91時被斷開成小電弧。隨著這樣擴散電弧冷卻下來並最終熄滅。在中斷過程中所產生的並且例如通過絕緣部件79中的氣體放出材料所增強的電弧氣體向上擴散並且通過通風口92選出。這樣，它們有助於將電弧移動到電弧隔板89並進一步使電弧冷卻，兩者都提高了中斷性能。
活動觸點指部13安裝在內部託架93上，該託架可相對於觸點託架7圍繞銷95樞轉。彈簧97偏壓凸輪銷99使其抵靠在內部託架93端部上的凸輪表面101上。此彈簧力足以將觸點指部13保持在圖1中所示的閉合位置，直到達到耐流值。當超過此耐流值時，由反向電流迴路87中的電流所產生的電磁力大大超過了偏壓力，內部託架93相對於觸點託架7樞轉，從而觸點指部13逆時針旋轉到如圖3所示的推動打開位置。應該注意到，此時跳閘機構還沒有時間發出響應，從而觸點託架7保持在閉合位置。當跳閘機構作出響應時，極軸23將旋轉並將觸點託架7移動到圖2中所示的打開位置。
在這種故障期間所產生的電磁力非常高。單塊固定導體27由於其獨特的設計而能夠承受這些力並將這些力傳遞給殼體3。在單塊固定導體27的過渡部35上的肩部53不僅將固定導體沿觸點閉合的重要方向精確地定位在殼體內，而且用於將這些力傳遞給殼體。此外，中間柱69起到類似的作用。沿單塊固定導體27的背部向下延伸的加強肋部67抵抗固定導體在這些力的作用下產生變形。單塊固定導體27的這些部件還抵抗在觸點閉合過程中遇到的很大的力。從圖1-3中可以理解，過渡部35的減小的厚度t2使延長部33增長，這增加了反向電流迴路87的長度，從而通過更快速的推動打開提高了性能。當觸點指部13被推動打開時，它們的逆時針旋轉被止擋件103停止。當跳閘機構作出響應並且觸點託架7相對於止擋件103逆時針旋轉時，活動觸點指部13旋轉返回，直到凸輪表面101重新被接合併且該機構返回到圖2所示的打開位置。
儘管已經詳細描述了本發明的具體實施例，但是本領域技術人員將會理解，可以根據所公開的所有教導對這些細節進行各種修改和替換。因此，所公開的具體設置僅僅是示例性的，並不限制本發明的範圍，本發明的範圍將由所附的權利要求及其任何和全部等同物的整個範圍給出。
權利要求
1.一種用於電力開關(1)的單塊固定導體，包括具有前表面(41)和後表面(43)以及在該前表面和後表面之間延伸的主軸線(31)的導體部分(29)；在該導體部分(29)的第一端部(37)處遠離該後表面(43)並橫向於該主軸線(31)延伸的端子部分(45)；從該導體部分(29)的第二端部(39)延伸並具有前表面(49)和後表面(51)的電弧滾環部分(47)；以及從該導體部分(29)和該電弧滾環部分(47)的後表面(43、51)突出的整體加強肋部(67)。
2.如權利要求1所述的單塊固定導體(27)，其特徵在於，該導體部分(29)具有從所述第二端部(39)開始並沿該主軸線(31)延伸的延長部(33)，以及在所述第一端部(37)處的橫向於所述主軸線(31)延伸並與所述端子部分相連接的過渡部(35)，所述整體加強肋部(67)延伸到端子部分(45)。
3.如權利要求2所述的單塊固定導體(27)，其特徵在於，所述端子部分(45)在所述主軸線(31)的方向上具有第一厚度(t1)，所述過渡部(35)具有在該主軸線(31)的方向上延伸的第二厚度(t2)，該第二厚度(t2)小於該第一厚度(t1)。
4.如權利要求3所述的單塊固定導體(27)，其特徵在於，所述端子部分(45)具有第一寬度(w1)，所述過渡部(35)具有第二寬度(w2)，該第二寬度小於該第一寬度。
5.如權利要求2所述的單塊固定導體(27)，其特徵在於，所述電弧滾環部分(47)的前表面(49)至少在與所述導體部分(29)的第二端部(39)相鄰處與所述導體部分(29)的前表面(41)形成鈍角(α)，並且朝向電弧滾環部分的自由端(59)逐漸變細，所述電弧滾環部分(47)的前表面(49)具有在寬度上從相鄰的導體部分(29)朝向所述電弧滾環部分的自由端(59)變窄的中央凸起區域(61)。
6.如權利要求2所述的單塊固定導體(27)，其特徵在於，所述整體加強肋部(67)具有總體橫向於所述主軸線(31)延伸的加厚中間柱(69)。
7.一種用於電力開關(1)的單塊固定導體(27)，包括具有前表面(41)和後表面(43)以及在該前表面和後表面之間延伸的主軸線的導體部分(29)；在該導體部分(29)的第一端部(37)延伸的端子部分(45)；以及從該導體部分(29)的第二端部(39)延伸的電弧滾環部分(47)，該電弧滾環部分具有電弧滾環部分的前表面(49)和電弧滾環部分的後表面(51)，該電弧滾環部分的前表面(49)具有在寬度上從相鄰的導體部分(29)的第二端部(39)朝向電弧滾環部分的自由端(59)變窄的總體沿側向居中的凸起區域(61)。
8.如權利要求7所述的單塊固定導體(27)，其特徵在於，所述在電弧滾環部分(47)的前表面(49)上的總體沿側向居中的凸起區域(61)包括從相鄰的所述導體部分(29)的第二端部(39)逐漸變細的錐形凸起部分(63)，和從該錐形凸起部分(63)朝向所述電弧滾環部分的自由端(59)延伸的縱向凸起肋部(65)。
9.如權利要求8所述的單塊固定導體(27)，其特徵在於，所述電弧滾環部分(47)朝向所述電弧滾環部分的自由端(59)逐漸變細，並且所述電弧滾環部分(47)的前表面(49)至少在與所述導體部分(29)相鄰處與所述導體部分(29)的前表面(41)形成鈍角(α)。
10.如權利要求9所述的單塊固定導體(27)，其特徵在於，所述導體部分(29)和所述電弧滾環部分(47)具有從所述導體部分(29)和所述電弧滾環部分(47)的後表面(43、51)橫向突出的整體加強肋部(67)。
11.一種電力開關(1)，包括殼體(3)；活動觸點組件(5)，包括至少一個具有自由端(17)的活動觸點指部(13)；以及至少一個固定在該至少一個活動觸點指部(13)的自由端(17)附近的活動觸點(15)，該至少一個活動觸點指部(13)可在閉合位置和打開位置之間移動；固定觸點組件(25)，包括單塊固定導體(27)，該單塊固定導體包括導體部分(29)，該導體部分包括延長部(33)和過渡部(35)，該延長部(33)具有在延長部(33)的前表面(41)和後表面(43)之間延伸的主軸線(31)，該過渡部(35)形成該導體部分的第一端部(37)並橫向於所述主軸線(31)延伸；端子部分(45)，該端子部分在該導體部分(29)的第一端部(37)處從該過渡部(35)橫向於該主軸線(31)延伸；以及電弧滾環部分(47)，該電弧滾環部分從由該延長部(33)形成的導體部分(29)的第二端部(39)延伸並具有前表面(41)和後表面(43)；和至少一個在鄰近該導體部分(29)的第二端部(39)處安裝到該延長部(33)的前表面(41)上的固定觸點(73)；以及電弧隔板(89)，該單塊固定導體(27)的電弧滾環部分(47)朝向該電弧隔板延伸，當處於閉合位置時，該至少一個活動觸點指部(13)以間隔開的關係沿該單塊固定導體(27)的導體部分(29)的延長部(33)的前表面(41)延伸，並且該至少一個活動觸點(15)與該至少一個固定觸點(73)接合以形成反向電流迴路(87)。
12.如權利要求11所述的電力開關(1)，其特徵在於，所述導體部分(29)和所述電弧滾環部分(47)具有從所述延長部(33)和所述電弧滾環部分(47)的後表面(41、49)突出並延伸到所述端子部分(45)的整體加強肋部(67)。
13.如權利要求12所述的電力開關(1)，其特徵在於，所述加強肋部(67)具有橫向於所述主軸線(31)延伸並抵靠在所述殼體(3)上的加厚中間柱(69)。
14.如權利要求11所述的電力開關(1)，其特徵在於，所述電弧滾環部分(47)的前表面(49)從相鄰的所述導體部分(29)的第二端部(39)朝向電弧滾環部分的自由端(59)逐漸變細。
15.如權利要求14所述的電力開關(1)，其特徵在於，所述電弧滾環部分(47)的前表面(49)具有在寬度上從相鄰的導體部分(29)向所述電弧滾環部分的自由端(59)變窄的總體沿側向居中的凸起區域(61)。
16.如權利要求15所述的電力開關(1)，其特徵在於，所述總體沿側向居中的凸起區域(61)包括從相鄰的導體部分(29)向內逐漸變細的錐形凸起區域(63)和從該錐形凸起區域(63)朝向所述電弧滾環部分的自由端(59)延伸的縱向凸起肋部(65)。
17.如權利要求11所述的電力開關(1)，其特徵在於，所述單塊固定導體(27)的延長部(33)具有與所述導體部分(29)的第二端部(39)相鄰的凹座(71)，在該凹座上安放有至少一個固定觸點(73)，該凹座(71)的尺寸設置成使所述至少一個固定觸點(73)在所述導體部分(29)的第二端部(39)處與所述延長部(33)的前表面(41)齊平。
18.如權利要求17所述的電力開關(1)，其特徵在於，所述導體部分(29)的延長部(33)在所述凹座(71)和所述過渡部(35)之間具有凹入區域(77)，在該凹入區域內安放有電絕緣的氣體放出部件(79)。
19.如權利要求11所述的電力開關(1)，其特徵在於，所述端子部分(45)具有第一寬度(w1)，所述過渡部(35)具有第二寬度(w2)，該第二寬度(w2)大於該第一寬度(w1)，以便形成抵靠所述殼體(3)的肩部(53)。
20.如權利要求19所述的電力開關(1)，其特徵在於，所述端子部分(45)在所述主軸線(31)的方向上具有第一厚度(t1)，所述導體部分(29)的過渡部(35)具有第二厚度(t2)，該第二厚度(t2)小於該第一厚度(t1)，以使所述反向電流迴路(87)延長。
全文摘要
本發明公開了一種限流電力開關(1)，包括具有導體部分(29)的單塊固定導體(27)，該導體部分安裝有固定觸點(73)，該固定觸點與活動觸點指部(13)上的活動觸點(15)接合以便在觸點閉合的情況下形成反向電流迴路(87)。端子部分(45)從導體部分的一個端部(37)沿橫向突出，電弧滾環部分(47)從另一端部(39)延伸。該錐形的電弧滾環部分具有總體沿側向居中的錐形區域(61)，該錐形區域聚集電弧並促使電弧沿電弧滾環部分上的凸起肋部(63)到達電弧隔板(89)。從導體部分(29)和電弧滾環部分(47)的後部延伸到端子部分的加強肋部(67)抵抗在中斷期間由於高溫及閉合力和電磁力所引起的單塊固定導體(27)的變形。
文檔編號H01H73/18GK1841615SQ20061007115
公開日2006年10月4日 申請日期2006年1月13日 優先權日2005年1月13日
發明者P·R·拉庫斯, T·C·彭德裡克, J·J·謝伊, M·B·舒爾曼, 錢允格 申請人:伊頓公司