CN1204135A - 具有l形静止和可移动导体结构的真空开关齿轮装置 - Google Patents
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Abstract
在一种具有L形静止和可移动导体结构的真空开关齿轮装置中,从可移动电极(9)的表面上的一个螺旋形电弧凹槽(10A)至相邻另一螺旋形电弧凹槽(10B)的过渡部分(S)由一个螺旋形凹槽(10A)的终止端点部分、相邻另一螺旋形凹槽(10B)的起始端点部分、和可移动电极(9)的外周边边缘部分(9E)所限定,并基本重叠地布置在与可移动导体垂直的方向,从而流经可移动导体(5)的电流圈对产生于可移动和静止电极(9、8)之间的电弧A的有害影响受到限制,从而改进其电路断路性能。
Description
本发明涉及一种具有L形静止和可移动导体结构的真空开关齿轮装置，更具体地说，涉及一种组合型真空开关齿轮装置，其中特别对可移动导体与设置在由可移动导体支承的可移动电极上的电弧凹槽之间的结构进行了改进。
在真空电路断路器中，起弧和断弧工序是通过开、关一对相对设置在真空阀内的电极实现的。通常，借助设置在真空阀外侧的操作机构相对静止杆或导体竖直移动可移动杆或导体，以开、关设置在相应每一杆端的电极。
此外，在JP-A-55-143727(1980)中公开的真空电路断路器中，可移动电极设计成可围绕一根主轴线转动，用以将其相对静止电极进行开、关。
通常，在电路断路器的电路断路工序期间，当电弧保持于两个电极之间时，由于电弧中热能的输入，电极的表面温度升高，从而引起电极金属的融熔。在此情况，电极的消耗可观，再加上产生于电极间的过量的蒸汽金属粒子，使其电路断路性能大为下降。
因此，在真空电路断路器中，特别在中断大电流的真空电路断路器中，对电弧电极结构提出了各种改进措施。例如，当电弧电极具有若干条螺旋电弧凹槽时，由通过两个电极的电流对产生于电极间的电弧在旋转方向施加一个驱动力，使电弧总是在两个电极间移动，从而抑止电极金属表面的融熔，改进其电路断路性能。
但是，上述装备有常规可移动导体或杆的旋转型真空电路断路器应用具有螺旋电弧凹槽的电极，由于电流通过电极附近的可移动导体，感生磁通量，从而使产生于电极间的电弧遭受额外的电磁力。结果，电弧能点燃的电极区域，也即电极上的有效燃弧区域受到限制，从而降低其电路断路性能。
本发明的目的是提出一种真空开关齿轮装置，它具有L形的静止和可移动导体结构，其中，流经可移动导体的电流环对产生于可移动和静止电极之间的电弧的不利影响受到限制，从而改进其电路断路性能，更具体讲，是提出一种组合真空型开关齿轮装置，它得以对产生于电极间的电弧进行沿电极外周边的主动磁驱动，并改进其电路断路性能。
为达到以上目的，本发明的一个方面提出一种真空开关齿轮装置，它具有L形的静止和可移动导体的结构，该装置包括：一个真空阀；一个静止导体，其一部分放置在真空阀内；一个静止电极，它由静止导体在真空阀内的一端所支承；一个可移动导体，它设置在真空阀内，并基本垂直于静止导体的延伸方向而延伸，可移动导体可转动地由真空阀加以支承；一个可移动电极，它由可移动导体在真空阀内的一端所支承，并通过可移动导体的转动，得以与静止电极进行啮合或松开；若干螺旋形电弧凹槽，它们设置在面向可移动电极的静止电极的表面上；和若干螺旋形电弧凹槽，它们设置在面向静止电极的可移动电极的表面上，其中从可移动电极的表面上的一个螺旋形电弧凹槽至相邻另一螺旋形电弧凹槽的过渡部分由以下部分限定，即一个螺旋形凹槽的终点部分、相邻另一螺旋形凹槽的起始端部和可移动电极的外周边边缘部分，并基本重叠地布置在与可移动导体垂直的方向。
为达到以上目的，本发明的另一方面提出一种组合真空型开关齿轮装置，该装置包括一个可移动电极，它设计成相对静止电极和接地电极而开、关，而静止电极和接地电极则相对地设置在真空阀内；和一个可移动导体，其一端与可移动电极连接，而其另一端伸展至真空阀的外侧，其中，可移动导体可转动地由主轴支承，从而得以相对静止和接地这两个电极进行可移动电极的开、关，并在可移动电极接触静止和接地这两个电极的一个可移动电极表面上设置若干电弧凹槽，此外，还包括一个由一个电弧凹槽的顶端部分、相邻的另一电弧凹槽和可移动电极的外周边边缘部分围绕的部分，该部分布置成贴在可移动导体上。
图1是本发明一个实施例的组合真空型开关齿轮装置的横截面图；
图2是图1实施例应用的可移动构件的立体图，它包括一个可移动电极和一个支承可移动电极的可移动导体；
图3是图1和图2中所示的可移动电极的平面图；
图4是图1和2中所示的可移动电极在逆时针方向上移动后的可移动电极的平面图；
图5是图1和2中所示的可移动电极在逆时针方向上进一步移动后的可移动电极的平面图；
图6是图1和2中所示的可移动电极在顺时针方向上移动后的可移动电极的平面图；
图7是图1和2中所示的可移动电极在顺时针方向上进一步移动后的可移动电极的平面图；
图8是一个特征图表，它表示图1所示可移动电极相对可移动导体的移动角与所考虑真空开关齿轮装置的电路分断性能之间的关系；
图9是本发明图1实施例的修改方案的部分立体图，它表示围绕在其静止导体周围的部件；和
图10表示图9所示修改实施例的复合真空型开关齿轮装置的横截面图。
现在将参照图1和2来说明本发明的一个实施例。
真空阀30的结构将在下文加以说明，其内部被抽真空并加以密封。在金属壳体16的上部设置着一个绝缘体圆筒2A。静止杆4由设置在绝缘体圆筒2A顶部的密封金属附件3A加以固定。在金属壳体16的底部设置了一个绝缘体圆筒2C，在其上装配了一个密封金属附件3C。在密封金属附件3C和接地导体42之间固定了一段波纹管6C，它使接地导体42得以移动。在相对静止杆4的垂直方向设置了一根可移动杆5，它伸出至真空阀30的外侧，并由通过波纹管6B和密封金属附件3B而固定至金属壳体16的绝缘体圆筒2B夹持。在可移动杆5与携带静止电极8的静止杆4和接地电极42的接触表面处连接了一个可移动电极9，静止电极8和可移动电极9则连接至静止杆4和可移动杆5的各自内端。
可移动杆5制作成可由一件四位置型操作组件(未表示)像转轴一样围绕主轴18进行转动，并设计成在以下四个位置上停顿。即，电路接通位置Y1，此处，可移动电极9接触静止电极8；电路分断位置Y2，此处，可移动杆5由电路接通位置Y1向下转动以中断流径此处的电流；隔离位置Y3，此处，可移动杆5继续向下转动至一个绝缘距离，通过此距离，诸如雷涌都能经受；以及接地位置Y4，此处可移动杆5继续转动以便将可移动电极与接地导体42接触。
在静止杆4和可移动杆5的相应顶端设置了静止电极8和可移动电极9，它们由诸如Cu-Pb合金的高融熔温度的材料制成。当电弧A在静止和可移动的两电极8和9之间的某一个点上同轴地产生时，静止和可移动电极8和9的表面温度都上升，引起静止和可移动电极均融熔和汽化，因此，必须对电弧A施加一个磁驱动力，从而使电弧A总是在静止和可移动电极8和9之间移动或运动。为此目的，在静止和可移动电极8和9上均设置了若干电弧凹槽，在本实施例中设置了三个电弧凹槽10(10A、10B和10C)，以便对电弧A施加一个磁驱动力。布置了一个从一个电弧凹槽至另一电弧凹槽的贴在可移动杆5上的过渡部分S，它由例如电弧凹槽10A的顶端部分10E、与其相邻的另一电弧凹槽10B及电极外周边边缘9E所包围，换言之，过渡部分S的投影布置成在垂直方向是在重叠在可移动杆5上的。
现在对作用于电弧A上的电磁力进行解释。如图1和2所示，通过电弧A而流经静止和可移动电极8和9的电流在箭头方向产生一个磁场，按Fleming定理，在图中的向右方向，对产生于静止和可移动电极8和9之间的电弧A作着一个电磁力F2。当电弧A产生于可移动电极9的最外侧位置P时，电磁力F2最大。
(1)当θ=0°的情况
另一方面，由于可移动杆5紧靠可移动电极9而放置，流经可移动杆5的电流产生的磁场所感生的电磁力F1不能忽视，该力与电磁力F2方向相反地作用于电弧A上。如图3所示，当位于可移动电极9上的部分S布置成贴在可移动杆5上时，流经部分S的电流，特别是由两个电极和电弧A构成的电流环引起的电磁力F2大于电磁力F1，也即，电磁力F2＞电磁力F1。这是因为当电弧A产生于最靠近可移动杆5的位置P时，电磁力F2最大。由此感生的电磁力F2将电弧A推向电极的外周边边缘9E，并沿着电极外周边边缘9E，磁力推动电弧A，从而本真空电路断路器的电路断路性能如图8所示地大大改善。
(2)当θ=30°的情况
如图4所示，在可移动电极9上的部分S相对可移动杆5的中心线0逆时针移动30°。由流经部分S的电流引起的电磁力F2等于或略大于电磁力F1，即电磁力F2≥电磁力F1，因此，与θ=0°的情况相比，电弧A由磁力沿着电极最外周边边缘9E的稍靠里的一侧加以驱动。因此，与θ=0°的情况相比，如图8所示，本实施例的电路断路性能略有下降，但此性能仍令人满意。
(3)当θ=60°的情况
如图5所示，在可移动电极9上的部分S相对可移动杆5的中心线0逆时针移动60°。电磁力F2变得弱于电磁力F1，即电磁力F1＞电磁力F2。因此，电弧A被电磁力F1向内推动至静止和可移动电极8和9之间，在那里，对电弧A的磁驱动力小于θ=30°的情况，从而电弧A可停留在静止和可移动电极8和9之间的中心部分。因此，与θ=30°的情况相比，本真空电路断路器的电路断路性能变坏，使用中不能令人满意。
(4)当θ=-30°的情况
本真空电路断路器的性能与θ=30°的情况的相同。当在可移动电极9上的部分S如图6所示地相对可移动杆5的中心线0顺时针移动30°(-30°)时，由流经部分S的电流引起的电磁力F2等于或略大于电磁力F1，即电磁力F1≤电磁力F2。因此，与θ=0°的情况相比，电弧A由磁力沿着电极最外周边边缘9E的电极上稍靠里的周边加以驱动，因此，与θ=0°的情况相比，本实施例的电路断路性能略有下降，但此性能仍令人满意。
(5)当θ=-60°的情况
本真空电路断路器的性能与θ=60°的情况的相同。如图7所示，在可移动电极9上的部分S相对可移动杆5的中心线0顺时针移动60°(-60°)。电磁力F2变得弱于电磁力F1，即电磁力F1＞电磁力F2。因此，电弧A被电磁力F1向内推动至静止和可移动电极8和9之间，在那里，对电弧A的磁驱动力小于θ=-30°的情况，从而电弧A可停留在静止和可移动电极8和9之间的中心部分。因此，与θ=-30°的情况相比，本真空电路断路器的性能变坏，使用中不能令人满意。
根据已说明的本发明的组合真空型开关齿轮装置，当由电弧凹槽10A的顶端部分10E、与此相邻的另一电弧凹槽10B、和电极外周边边缘9E围绕的可移动电极上的部分S被布置成贴在可移动杆5上时，即当θ=0°时，电磁力F2＞电磁力F1的关系保持，因此，通过电磁力F2，电弧A被推向电极外周边边缘9E，并被磁力沿着其外周边边缘的电极表面驱动，这样，如图8所示，真空电路断路器的电路断路性能大为改善，与普通真空电路断路器相比，其中上述部分S不是布置成贴在可移动杆5上的，且本发明提出的真空阀的尺寸也可减小。
此外，在组装真空阀30之前，预先将可移动电极9连接至可移动杆5上，使部分S贴在可移动杆5上，这样，部分S就不可能按其它方式相对可移动杆5而布置，可移动电极9与可移动杆5的组装工作也可大大加快。可移动电极9与可移动杆5的连接组装可由下述方法进行，诸如将这两者由融熔金属一体铸成、将可移动电极9焊接至可移动杆5等。在这些情况下，当然将可移动电极9上的部分S布置成贴在可移动杆5上。
在上述实施例中，通过顺时针或逆时针移动部分S相对可移动杆5的角度，可自由地调节电磁力F2的大小，这样，电弧A可相对外周边边缘在任一径向位置上沿电极表面被磁力所驱动。
此外，对上述实施例可加以修正，即将其中的部分S布置成相对可移动杆5在顺时针方向30°和逆时针方向30°间的范围内移动，由这些修正可在不恶化它们的电路断路性能的前提下获得稳定的电路断路性能。
虽然对形成于静止电极8上的若干电弧凹槽的布置未作具体展示和说明，但它们与可移动电极9上的布置相同，且在两个电极上的部分S都相互面对面地布置在同一方向上。
作为替代方案，电弧凹槽也可或设置在静止电极8上，或设置在可移动电极9上。
此外，图9和10展示了另一实施例，其中静止杆4从静止电极8的背面伸展至真空阀30的外侧，外导体7沿相对静止杆4的竖直方向伸展，若干电弧凹槽设置在静止电极8的表面。假定形成于电弧凹槽10A的顶端部分10E、与此相邻的另一电弧凹槽10B和电极外周边边缘之间的部分为S，在静止杆4的可见区域的、与部分S的同一侧上标上标记S*，而外导体7从静止杆4由标记S*的一侧向外伸展，从而将部分S布置成对应外导体7的组装工作就能大大加快，组装工作的效率也显著提高。此外，当相对静止电极8上的部分S而布置外导体7时，流经外导体7的电流对电弧A的有害影响也可加以控制。
以上对根据本发明提出的组合真空型开关齿轮装置进行了说明。当电极上的、由电弧凹槽10A的顶端部分10E、与此相邻的另一电弧凹槽10B和电极外周边边缘9E所围绕的部分S布置成贴在可移动杆5上时，在电极侧的电磁力F2变得大于在可移动杆5侧的电磁力F1，产生的电弧A被推向电极的外周边边缘，并沿着电极的外周边边缘附近的表面被磁力驱动，因此，本真空电路断路器的电路断路性能如图8所示地大为改善，与普通真空电路断路器相比，其中的部分S不是布置成贴在可移动杆5上的，本发明提出的真空阀30的尺寸也可缩减。
此外，在组装真空阀30之前，预先将可移动电极9连接至可移动杆5上，使部分S贴在可移动杆5上，这样，部分S就不可能按其它方式相对可移动杆5而布置，可移动电极9相对可移动杆5的组装工作也大大加快。
Claims (8)
1．一种组合真空型开关齿轮装置，该装置包括一个可移动电极(9)，它设计成相对静止电极(8)和接地电极(42)而开、关，而静止电极(8)和接地电极(42)则相对地设置在真空阀(30)内；和一个可移动导体(5)，其一端与可移动电极(9)连接，而其另一端伸展至真空阀(30)的外侧，其中，可移动导体(5)可转动地由主轴(18)支承，从而得以相对静止和接地这两个电极(8、42)进行可移动电极(9)的开、关，并在可移动电极(9)接触静止和接地这两个电极(8、42)的一个可移动电极表面上设置若干电弧凹槽(10A、10B、10C)，其特征在于，由电弧凹槽之一(10A)的顶端部分(10E)、相邻的另一电弧凹槽(10B)和可移动电极(9)外周边边缘部分(9E)围绕的部分(S)是布置成贴在可移动导体(5)上的。
2．一种组合真空型开关齿轮装置，该装置包括一个可移动电极(9)，它设计成相对静止电极(8)和接地电极(42)而开、关，而静止电极(8)和接地电极(42)则相对地设置在真空阀(30)内；和一个可移动导体(5)，其一端与可移动电极(9)连接，而其另一端伸展至真空阀(30)的外侧，其中，可移动导体(5)可转动地由主轴(18)支承，从而得以相对静止和接地这两个电极(8、42)进行可移动电极(9)的开、关，并在可移动电极(9)接触静止和接地这两个电极(8、42)的一个可移动电极表面上设置若干电弧凹槽(10A、10B、1C)，其特征在于，作用在产生于可移动电极(9)和静止电极(8)之间的电弧A上的电磁力，可通过在顺时针方向或逆时针方向相对可移动电极(9)移动部分(S)而对其加以调节，这里的部分(S)由电弧凹槽之一(10A)的顶端部分(10E)、相邻的另一电弧凹槽(10B)和可移动电极(9)外周边边缘部分(9E)所围绕。
3．一种组合真空型开关齿轮装置，该装置包括一个可移动电极(9)，它设计成相对静止电极(8)和接地电极(42)而开、关，而静止电极(8)和接地电极(42)则相对地设置在真空阀(30)内；和一个可移动导体(5)，其一端与可移动电极(9)连接，而其另一端伸展至真空阀(30)的外侧，其中，可移动导体(5)可转动地由主轴(18)支承，从而得以相对静止和接地这两个电极(8、42)进行可移动电极(9)的开、关，并在可移动电极(9)接触静止和接地这两个电极(8、42)的一个可移动电极表面上设置若干电弧凹槽(10A、10B、10C)，其特征在于，由电弧凹槽之一(10A)的顶端部分(10E)、相邻的另一电弧凹槽(10B)和可移动电极(9)外周边边缘部分(9E)围绕的部分(S)按顺时针方向或逆时针方向在与中心部分(0)相距30°的范围内，沿可移动导体(5)的宽度方向进行移动。
4．一种组合真空型开关齿轮装置，该装置包括一个可移动电极(9)，它设计成相对静止电极(8)和接地电极(42)而开、关，而静止电极(8)和接地电极(42)则相对地设置在真空阀(30)内；和一个可移动导体(5)，其一端与可移动电极(9)连接，而其另一端伸展至真空阀(30)的外侧，其中，可移动导体(5)可转动地由主轴(18)支承，从而得以相对静止和接地这两个电极(8、42)进行可移动电极(9)的开、关，外导体(7)在与静止导体(4)相垂直的方向伸展，而静止导体(4)从静止电极(8)的背面伸展至真空阀(30)的外侧，并在与可移动电极表面相对的一个静止电极表面上设置了若干电弧凹槽(10A、10B、10C)，其特征在于，由电弧凹槽之一(10A)的顶端部分(10E)、相邻的另一电弧凹槽(10B)和静止电极(8)外周边边缘部分围绕的部分(S)是面向外导体(7)而布置。
5．根据权利要求4的组合真空型开关齿轮装置，其特征在于，在静止导体(4)可见区域的、与部分(S)相同的一侧上加上标记(S＇)，该部分(S)由电弧凹槽之一(10A)的顶端部分(10E)、相邻的另一电弧凹槽(10B)和静止电极(8)外周边边缘部分所围绕。
6．一种真空开关齿轮装置，该装置具有L形静止和可移动导体结构，并包括：
一个真空阀(30)；
一个静止导体(4)，其一部分放置在所述真空阀(30)内；
一个静止电极(8)，它由所述静止导体(4)在所述真空阀(30)内的一端所支承；
一个可移动导体(5)，它设置在所述真空阀(30)内，并基本垂直于所述静止导体(4)的延伸方向而延伸，所述可移动导体(5)可转动地由所述真空阀(30)加以支承；
一个可移动电极(9)，它由所述可移动导体(5)在所述真空阀(30)内的一端所支承，并通过所述可移动导体(5)的转动，得以与所述静止电极(8)进行啮合或松开；
若干螺旋形电弧凹槽(10A、10B、10C)它们设置在面向所述可移动电极(9)的所述静止电极(8)的表面上；和
若干螺旋形电弧凹槽(10A、10B、10C)，它们设置在面向所述静止电极(8)的所述可移动电极(9)的表面上，其中从所述可移动电极(9)的表面上的一个螺旋形电极凹槽(10A)至相邻另一螺旋形电弧凹槽(10B)的过渡部分(S)由以下部分限定，即一个螺旋形凹槽(10A)的终点端部(10E)、相邻另一螺旋形凹槽(10B)的起始端部和所述可移动电极(9)的外周边边缘部分(9E)，并基本重叠地布置在与所述可移动导体(5)垂直的方向。
7．根据权利要求6的真空开关齿轮装置，其特征在于，从所述静止电极(8)的表面上的一个螺旋形电弧凹槽(10A)至相邻另一螺旋形电弧凹槽(10B)的过渡部分(S)由以下部分限定，即一个螺旋形凹槽(10A)的终点端部(10E)、相邻的另一螺旋形凹槽(10B)的起始端部和所述静止电极(8)的外周边边缘部分，并基本重叠地布置在与所述可移动电极(9)上过渡部分(S)垂直的方向。
8．根据权利要求7的真空开关齿轮装置，其特征在于，该装置还包括一个与所述静止导体(4)连续的外导体(7)，其特征在于，所述外导体(7)基本在所述静止导体(4)的伸展方向的垂直方向伸展，并布置成在垂直方向基本与所述静止电极(9)上的过渡部分(S)相重叠。
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