專利名稱：真空斷路器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種中高壓真空開關，特別涉及一種真空斷路器，該 真空斷路器具有設置在電子繼電器室內的移動通斷單元，該移動通斷 單元包括接觸柱塞以及做相對運動的絕緣體和驅動/控制桿，該驅動/ 控制桿通過一風箱插入到真空繼電器室內，該風箱為鐵制并且具有嵌
入到該真空繼電器室的殼體內的固定接觸體；其中，絕緣體的上端與 接觸柱塞緊密連接，其下端與驅動/控制桿緊密連接；該接觸柱塞具 有與一導體電連接的電導連接體，以與至少一個設置在側邊處的外凸
觸頭電導通。
背景技術：
斷路器能夠分斷已有的電連接并且能夠通斷超過160kA的電流， 舉例來說，在高壓供電系統發生短路或接地故障時會出現這類電流狀 況。斷路器不僅可以以與開關分斷器相同的方式通斷正常工作電流和 較小的過載電流，還可以分斷高過載電流和超高短路電流。作為具有 極高通斷性能的過流保護裝置，斷路器的電流通斷范圍可以從80kA 到160kA，其可以在無故障狀態和有限次數的諸如短路的故障狀態下 通斷設備或裝置部件中的電流。斷路器的種類不僅包括氣壓開關和流 量開關，還包括真空開關。真空開關的觸頭處于真空狀態中以防止電 弧的產生。
德國專利DE 100 24 356C1公開了 一種包括真空開關的絕緣氣體 開關組件，在該開關組件中，三個真空開關形式的斷路器被設置在一 個填充有絕緣氣體的盒子內。每一真空開關包括釆用真空區間形式的 真空繼電器室，該真空區間或真空繼電器室內設置有一固定接觸柱塞 和一活動接觸柱塞，并且其各自的接觸桿從該真空繼電器室的真空區間穿出。在這種情況下，該活動接觸柱塞的接觸桿經由一風箱從該真 空區間或該真空繼電器室穿出。在真空繼電器室外側，這一柱塞與一 電源連接引腳連接，并且提供有一操縱裝置以操縱該活動接觸柱塞的 控制桿。真空開關不僅必須確保開關間隙和隔離間隙所需要的隔離性 能，還必須確保，當隔離間隙處于打開狀態時，漏電流或表面電流不 會從真空繼電器室的上接頭傳到下接頭，即，電源連接引腳處于被連 接狀態。為了實現這一目的，這些接頭必須相互保持適當的距離，并 且該真空開關必須設置在一填充有絕緣氣體的盒子內。這使得真空開 關以及由其組成的開關組件體積較大。
公知地，在真空開關的真空繼電器室內的真空狀態中，必須利用 能夠產生電流的磁場滅弧。在磁場影響下產生的電弧依附在設置于真 空開關的真空繼電器室內的固定接觸體和接觸柱塞的通斷接觸件的 平坦接觸面上移動。當隔離間隙閉合時，通斷接觸件在一外部力作用 下在其圓形端表面處完全相互接觸。這一接觸力基本上來自于由與外 部設備相關聯的彈簧施加的力。為了能夠控制產生電流的磁場的強度 和方向，該通斷接觸件具有可以根據自身方向感應出軸向或垂直向電 磁場的內部凹槽。在導通過程中，接觸柱塞的通斷觸頭高速縱向移動， 然后與固定接觸體的通斷觸頭發生碰撞，以一與驅動系統和移動面積 相對應的頻率反復撞擊該通斷觸頭。在該真空開關的工作過程中，這 種撞擊首先會引起機械振蕩，其將在所述金屬制的風箱上產生較大負 荷，活動接觸柱塞因此從真空室移出。在一定次數的通斷操作后，真 空室存在斷裂危險，并且會引起其內氣流分離。而且，導通過程中所 述活動接觸柱塞的通斷接觸體的碰撞及其反復的撞擊運動還會導致 電弧的反復形成。這會引起該平坦接觸面上的金屬過熱現象，并且因 此在所述端觸頭上產生多個磨損點。在分斷過程中，該端觸頭上的焊 點在分斷驅動力作用下裂開。在這種情況下，該端觸頭上可能會產生 鋒利的焊刺，其將嚴重降低該端觸頭的接觸面上電場的均句性，并且因此降低打開端觸頭之間的擊穿電壓。
公知地，如果合適的話，為了使限制絕緣氣體的使用成為可能， 外凸觸頭和電源連接引腳可以具有與真空繼電器室的真空室內或其 上的負載導體連接的電導連接體，并且通過一彈性導體與在真空繼電 器室內移動的接觸柱塞導通。此外，在這種情況下，設置在真空繼電 器室內的活動接觸柱塞通過一絕緣體與從該真空繼電器室移出的驅
動/控制桿連接。這種類型的真空開關可以從德國專利DE19964249C2 中獲知。這種開關存在這樣的問題導通和分斷過程中，活動接觸柱 塞和負載導體或外凸導體之間的電導連接體必須是彈性連接體，以使 其能隨活動接觸柱塞的縱軸向運動而從動。必須確保所述要求的彈性 性能能夠持續一段較長的時間，并且承受很多次的開關通斷操作，以 使該開關具備足夠長的壽命。德國專利DE 19964249C2公開了 一種 電導連接體，該電導連接體由超薄銅膜箔以一層疊在另一層上面的形 式構成。由此引起的問題是真空中形成了互相粘著的氧化物層， 隨時間推移，其將妨礙該電導連接體的彈性性能。為了解決上述問題， 德國專利DE19964249C2提出電導連接體可以由交替層結構的導 體金屬層和附著防護層形成，或以這樣的方式設置在真空繼電器室內 的保護區域中，使得出現電弧時產生的衍生物不致沉淀堆積在該彈性 電導連接體上。
這一實施方式存在這樣的缺點其要么必須在真空繼電器室內另 外提供一個以保護模式設置有電導連接體的內殼，要么必須提供交替 設置的電導層和附著防護層，前者會大大增加組裝工作，后者將會使 電導連接體的設計復雜化。

發明內容
本發明的目的在于提供一種更好的通斷接觸面設計。 本申請開始提到的根據本發明的真空開關已經實現了這一目的， 其中，靜觸體和接觸活塞分別具有一通斷接觸件，通斷接觸件具有相
6對其運動的一外通斷接觸面以及一內通斷接觸面。本發明的完善和發 展在從屬權利要求中詳細說明。
本發明為真空開關的通斷觸頭提供了一種更好的通斷接觸面設 計，其可以增加通斷接觸面的壽命，從而增加接觸面所對應的通斷接 觸件的壽命。夕卜、內通斷接觸面的設計及其相對運動的功能意味著-. 當通斷接觸件移動到彼此分離的位置以形成隔離間隙時，固定接觸體 和活動接觸活塞的內通斷接觸面仍有可能保持相互電導通狀態，直到 通斷接觸件的各自的外通斷接觸面移動到一個彼此分離到一定程度 的位置，在該位置處，產生的電弧不再飛濺到外通斷接觸面上。當內 通斷接觸面移動到彼此相距更遠的位置時，電弧只會在其間形成。因 此，相應地，它們被設計為具有高的強度和耐腐蝕、耐磨損性，從而 也具有足夠長的壽命。相反地，因為僅需傳送額定電流，外通斷接觸 面的表面被設計為具有高傳導性。更具體地，適用于外通斷接觸面的 材料是銅銀合金，銅鉻合金材料適用于內通斷接觸面。
本發明的進步在于用于支撐內通斷接觸面的電傳導支撐頭被設 置為螺旋狀排列。這一實施方式使得軸向磁場的形成成為可能，在該 軸向磁場內，相對較大的電弧可以為擴散電弧的形式。


下面將通過舉例的方式、具體結合附圖來進行詳細的描述，其中
圖l示出了根據本發明的真空開關的外部透視示意圖2示出了圖l所示的真空開關在外部裝配有鑄造樹脂層形成的
鑄造樹脂殼體后的示意圖3示出了真空開關的真空繼電器室的縱向剖視圖； 圖4示出了傳導連接體的俯視圖5示出了圖4中的傳導連接體沿A-A軸方向的剖面示意圖； 圖6示出了傳導連接體從底部看過去的透視圖； 圖7示出了傳導連接體從上方來看的俯視示意圖；圖8示出了連接單元的俯視圖； 圖9示出了圖8中連接單元沿B-B向的剖視圖； 圖10示出了圖8和9所示的連接單元從上方來看的剖視圖； 圖ll示出了固定接觸體和/或接觸柱塞的通斷接觸件的透視圖； 圖12示出了透過內通斷接觸面看到的圖11所示的通斷接觸件的 示意圖13示出了圖11和12所示通斷接觸件在其內通斷接觸面處于移 入狀態下的剖視圖；以及
圖14示出了圖13所示通斷接觸件在其內通斷接觸面處于移出狀 態下的示意圖。
具體實施例方式
圖1示出了真空開關的真空繼電器室1的透視圖，該真空開關包 括一上氣密陶瓷圓簡2和一下氣密陶瓷圓簡3。該上陶瓷圓簡2通過 一連接蓋4封閉。該上氣密圓簡2和下氣密圓簡3之間形成有一具有 外凸觸頭6的觸環5，導體8的環7可以通過其與負載導體9電導通。 驅動或控制桿11通過一鐵制的風箱10以真空密封的方式插入到真空 繼電器室內部。由此，該真空繼電器室1的內部區域形成一真空室 12,在該真空室12中形成有10-7-10-9托或10-7-10-9亳巴的高真空。 該完全真空封裝(組裝)的真空開關的繼電器室1的外側上包覆有鑄 造樹脂罩13或鑄造樹脂殼，如圖2中所示。
圖3示出了該真空繼電器室1的真空室12在其通斷接觸件14a、 14b處于閉合位置時的剖視圖，即，從突出線導體15,其未詳細示出， 經固定接觸體16和活動接觸柱塞17以及導體8和外凸觸頭6,到負 載導體9的電導連接。在該位置處不形成隔離間隙。接觸柱塞17借 助通過陶瓷絕緣體18耦合的驅動或控制桿11沿箭頭19方向移動， 由此，通斷接觸件14a、 14b可以移動到彼此以較大距離分離的位置， 以在其間產生間隙，形成隔離間隙。圖示的真空開關為中高壓真空開關。在這種情況下，真空繼電器 室1內形成有活動通斷單元，該活動通斷單元包括下通斷連接件
14b和設置為固定在其上的接觸柱塞17、絕緣體18以及驅動/控制桿 11。該活動通斷單元上設置有彈性電導連接體20以連接或構成導體 8，該電導連接體20與外凸觸頭6或觸環5或接觸柱塞17上的電源 連接引腳處于相同高度。該傳導連接體20提供流向負載導體9的電 流，通過這種方式與至少一個外凸觸頭6電導連接。
導體8包括一設置在觸環5上固定位置處的環7。此外，該導體 8還包括一柱塞環21,優選地，該柱塞環21的內表面設置在接觸柱 塞17表面上的固定位置處。該柱塞環21與環7通過多個連接單元 22相互連接。
圖8示出了單個連接單元22的俯視圖，其包括一外環23和內環 24，以及使該外環23和內環24相互連接的四個支撐構件25,其中， 外環23、內環24和支撐構件25由電導材料組成，類似薄膜或片晶。 從圖9和IO可以看出，支撐構件25形成由外環23升至內環24的覆 蓋單元26，這樣其可以以弧狀覆蓋從外環23的一側到徑向的相對側 的包括內環24在內的內部區域。
圖4示出了從上方沿縱軸26的方向看的接觸柱塞17的俯視圖， 從圖中可以看出，多個連接單元22、 22，、 22"、 22"，被設置為沿軸 26的方向以一個位于另一個之上的方式布置，卡入柱塞環21和環7 之間。在這種情況下，由于一個位于另一個之上的連接單元22、 22，、 22"、 22"，被設置為繞軸26沿旋轉方向相互偏移10-15度，所有這些 連接單元22和其各自的覆蓋單元26、 26，或支撐構件25、 25'整體 上覆蓋形成于環7和柱塞環21之間的環形表面區域。然而，這也意 味著該真空室12或真空繼電器室1的整個空的環形橫斷面區域被 連接單元22的覆蓋單元26全部覆蓋。由于這些覆蓋單元以一層位于 另一層之上的方式布置，各層之間相對偏移10-15度，所以，每一個覆蓋單元被其各自的支撐構件25的部分區域覆蓋。因此，連接單元
22構成傳導連接20的彈性部件，并且與環7和柱塞環21 —起整體 上構成導體8。從圖5可以看出，每一連接單元22與其外環23—起 被設置在環7中的固定位置處，并且與其內環24 —起被設置在柱塞 環21中的固定位置處，并且每一單個的以一個位于另一個之上的形 式設置的連接單元之間分別沿縱向保留一定間隙，這樣，連接單元 22與其覆蓋單元26和支撐構件25之間存在氣連接或氣區連接，另 一方面，這些連接單元22構成一個蓋，其無法從圖4所示的俯視圖 中觀察到。在組裝位置處，這將導致如圖3所示的暫時的定位狀態， 其與連接單元22的通斷接觸件14a、 14b的閉合位置相對應，該蓋具 有一如圖6所示的凹形下表面和如圖7所示的凸形上表面。覆蓋單元 26和支撐構件25為彈性設計，以在每一個單獨的從閉合的開關位置 到打開的分斷位置的通斷過程中隨接觸柱塞17從動,并再次返回。
與固定接觸體16緊密連接的上通斷接觸件14a和與活動接觸柱 塞17緊密連接的下通斷接觸件14b具有相同的設計，因此，在下文 中，將僅對圖11-14所示的下通斷接觸件14b進行描述。每一通斷接 觸件14a、 14b具有接觸通斷面28，其分為兩部分，包括一環狀外通 斷接觸面29以及一環狀內通斷接觸面30。外通斷接觸面29設置在 通斷接觸件14a、 14b各自的固定件31的固定位置處，并且內通斷接 觸面30設置在支撐頭32上，這樣，其可以與外通斷接觸面29做相 對運動。此外，內沖頭或內柱塞34可以在彈簧33的彈力驅動下沿活 動接觸柱塞17的軸27的方向移動，作用于內通斷接觸面30的內側 上。彈簧33的一端設置在基體或固定件31的基面上，另一端疊在內 柱塞34的擋環35上。當內通斷接觸面30處于圖13所示的移入位置 時，上通斷接觸件14a和下通斷接觸件14b的通斷接觸面29、 30在 某一區域上彼此重疊以形成一平坦的接觸通斷面28。在該位置處， 彈簧33已經通過擋環35移動到其壓縮位置。 一旦活動接觸柱塞17移動到該位置處以形成一隔離間隙，上、下通斷接觸件14a、 14b的 外通斷接觸面29就立刻移動到彼此分離的位置。盡管如此，上、下 通斷接觸件14a、 14b的內通斷和接觸表面30首先仍然保持在某一區 域上彼此重疊的狀態，直到正在卸載的彈簧33的驅動力足夠將柱塞 34移至內接通接觸面30的移出位置處，如圖14所示。當接觸柱塞 17移動到遠離固定接觸體16的位置時，下、上通斷接觸件14a、 14b 的內通斷接觸面30也移動到彼此遠離的位置，從而形成隔離間隙。 相反地，當接觸柱塞17向固定接觸體16移動時，內通斷接觸面30 首先在一定面積上相互接觸，內通斷接觸面30與外通斷接觸面29抵 抗彈簧33的作用力相對移動，直到到達圖13所示的內通斷接觸面的 移入位置處，并且由此到達圖3所示的通斷接觸件14a、 14b的接觸 位置。
外通斷接觸面29由環狀高傳導材料制成。這種材料適于以極小 的阻抗傳輸通常必須由真空開關承載的額定電流。相反地，內通斷接 觸面30由光盤狀材料組成，其具有高強度，尤其耐腐蝕和耐磨損， 從而能夠經受并消除短暫出現的弧電流。設置在底部的彈簧33由能 夠承載短路電流的諸如銅鎢合金的材料制成。具體地，外通斷接觸面 29由不含氧的諸如銅銀合金的材料組成，內通斷接觸面30由諸如銅 鉻合金的材料構成。
在分斷過程中，即當固定接觸體16和接觸柱塞17移動到彼此分 離的位置時，外通斷接觸面29首先通過作用在驅動/控制桿11上的 驅動力移動到彼此分離的位置，而內通斷接觸面30在彈簧33施加在 內柱塞34上的力的驅動下從起初契合在一起的接觸通斷面28移出， 并且承載由此產生的短路電流。在這一過程中，內通斷接觸面30的 向外的運動相互配合，使得其能保持彼此接觸的狀態，直到外通斷接 觸面29之間形成足夠的間隙，這將防止因撞擊產生的電弧飛濺到外 通斷接觸面29的圓環上。當固定接觸體16和接觸柱塞17移動到彼
ii此相距更遠的位置時，內通斷接觸面30也被分斷，僅僅在這些接觸 面之間產生電弧，并且在分開足夠遠的距離后，電弧被消除。
此外，內通斷接觸面30疊在作為用于支撐內通斷接觸面30的螺 旋狀布置的觸頭的一部件的支撐頭32上。這使得軸向磁場的產生成 為可能，由此，即使是相對較大和較強的電弧也將在該磁場影響下擴 散。在這種情況下，內柱塞34包括這樣一種結構網狀切片37上設 置有以相互對其的方式螺旋狀排列的支撐頭32，并且支撐頭32為電 導連接設計。
圖12、 13和14僅為示例性說明，并且相對應地，其簡化了彈簧 33和支撐頭32的功能以及其螺旋觸頭的設置和配置，即設置為螺旋 狀的觸頭。
絕緣體18由陶瓷材料組成。優選地，真空繼電器室1的罩包括 由硅材料或硅鑄造樹脂組成的鑄造樹脂套或鑄造樹脂殼。
總的來說，結合各種不同的措施增加真空繼電器室的壽命和壽命 周期，改善真空室12和真空繼電器室1的整體隔離性能，并且由此 使得該真空繼電器室l，進而該真空開關，具有緊湊的整體的物理結 構，在這種情況下，為了結構的完整性，必須再次強調，上陶瓷圓簡 2和下陶瓷圓簡3由氣密陶瓷材料組成，否則，不可能在真空室12 中維持真空狀態。
即使這一設計對根據本發明的真空開關來說并不必要，由于其優 秀的隔離特性，其也可以根據需要被設置在填充有絕緣氣體的開關組 件殼體內。
1權利要求
1、一種真空開關，更具體地，一種中高壓真空斷路器，所述真空斷路器包括設置在真空繼電器室(1)內的移動通斷單元，所述移動通斷單元包括接觸柱塞(17)，以及相對移動的絕緣體(18)和驅動/控制桿(11)，所述驅動/控制桿11通過一鐵制的風箱(10)插入到所述真空繼電器室(1)內，所述風箱(10)具有嵌入到所述真空繼電器室(1)內的固定接觸體(16)，所述絕緣體(18)的上端與所述接觸柱塞(17)緊密連接，其下端與所述驅動/控制桿(11)緊密連接，并且所述接觸柱塞(17)具有連接導體(8)的彈性電導連接體(20)以與至少一個設置在側處的觸頭(6)電連接；所述真空開關特征在于，所述固定接觸體(16)和所述接觸柱塞(17)分別具有通斷接觸件(14a，14b)，所述通斷接觸件具有相對于其運動的一外通斷接觸面(29)和一內通斷接觸面(30)。
2、 如權利要求1或2所述的真空開關，其特征在于，所述內通 斷接觸面(30)可以在至少一個彈簧(33)的作用下移動到一相對于 所述外通斷接觸面(29)凸出的移出位置。
3、 如前述權利要求中的任何一個所述的真空開關，其特征在于， 所述內通斷接觸面(30)可以抵抗至少一個彈簧(33)的作用力，從 所述移出位置移動到 一與所述外通斷接觸面(29 )具有相同高度的位 置。
4、 如前述權利要求中的任何一個所述的真空開關，其特征在于， 所述移出位置設計為當到達所述移出位置并且所述內通斷接觸面(30)相互貼合時，所述外通斷接觸面(29)彼此隔開一定距離以避 免產生的電弧飛濺到其上。
5、 如前述權利要求中的任何一個所述的真空開關，其特征在于， 所述內通斷接觸面(30)被設置在電導支撐頭(32)上，并被設置為 相互呈螺旋狀排列，以與所述內柱塞(34)相適應。
6、 如前述權利要求中的任何一個所述的真空開關，其特征在于，所述至少一個彈簧(33) —端作用于所述內柱塞(34)的擋板或支承 環(35)，另一端作用于形成于所述上或下通斷接觸件(14a, 14b) 的固定體(31)中的基面(36)上。
7、 如前述權利要求中的任何一個所述的真空開關，其特征在于， 所述外通斷接觸面(29 )由高傳導性材料層，尤其是銅銀合金層組成， 且所述內通斷接觸面(30)由耐腐蝕、耐磨損的高強度材料層，尤其 是銅鉻合金層組成。
全文摘要
本發明涉及中高壓真空開關，特別涉及一種真空斷路器，包括一設置在真空繼電器室(1)內的移動通斷單元，所述移動通斷單元具有可相互移動的元件，包括接觸柱塞(17)、絕緣體(18)以及通過一鐵制風箱插入到所述真空繼電器室(1)內的驅動/控制桿(11)。所述真空開關還包括嵌入到所述真空繼電器腔室(1)殼體內的固定接觸體。所述絕緣體(18)的上端固定到所述接觸柱塞(17)，并且其下端固定到所述驅動/控制桿(11)。所述接觸柱塞(17)通過彈性電導連接體(20)與導體(8)相連接，所述導體與至少一個設置在側邊處的外凸觸頭(6)相連接。本發明的目的在于提供一種改進的通斷接觸面技術方案。為達到此目的，所述固定接觸體(16)和所述接觸柱塞(17)各自包括通斷接觸件(14a，14b)，所述通斷接觸件(14a，14b)分別包括外通斷接觸面(29)和可相對于所述外表面移動的內通斷接觸面(30)。
文檔編號H01H33/66GK101523537SQ200780033381
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月7日 優先權日2006年9月7日
發明者克勞斯·博登斯坦, 德特夫·蘭格 申請人:開藝歐洲股份有限公司