具有改进的灭弧的中压真空管的触头的绕组、以及相关的真空管和断路器例如交流切断断路器制造技术

本发明专利技术涉及关于由具有低电阻的材料例如铜制成的且直径通常大于90mm的绕组的新的设计，其用于在中压真空管（1）的电触头（2，3）中产生磁场，包括具有空的围绕其纵轴螺旋形成的并且与圆柱体的空腔和外部连通的槽（81）的中空圆柱体（8）。根据本发明专利技术，每个螺旋的角向长度为至少等于360度。本发明专利技术使增加结合到真空管的电触头中的绕组产生的轴向磁场（AMF）的大小同时提高均匀度和场对称性并降低生产成本成为可能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的灭弧的中压真空管的触头的绕组、以及相关的真空管和断路器例如交流切断断路器
本专利技术涉及中压真空断路器，中压真空断路器有时也被称为真空瓶。本专利技术尤其涉及在这种真空断路器里的改进的灭弧效果。本专利技术主要应用于在发电站的输出上，真空断路器用作交流（AC）发电机隔离断路器中的切断开关。
技术介绍
很多年来，真空断路器在中压配电开关装置里用来切断量级为几千安（KA）通常是25KA，几千伏（KV）通常是36KV的短路电流。在这种型号的配电开关装置里，真空断路器也需要经受通常是在1250安（A）量级的持续电流而没有过热。它们被嵌入到配电网络的方式是使得在电网正常操作时，那些真空断路器被闭合，并且它们承载持续的额定电流。在本领域中众所周知，为了切断这种短路电流，有必要设计电弧触头，以至于在触头的面对端部产生强的轴向磁场（AMF）或者强的径向磁场（RMF）以便在触头分离时灭弧。换句话说，在真空断路器里切断高电流需要电弧触头把这种电弧控制装置纳入其中：该电弧触头因此成为真空断路器的一个一体部分。期待这种电弧控制装置发挥的作用是确保当电流被切断时通过电弧触头产生的电弧的能量密度保持低于限制值，该限制值为切断电流并承受在电流被截断后立即在真空空间里恢复的电压所必需的值。上面提到的AMF是平行于真空断路器的轴线产生的，然而，同样的上面提到的RMF产生导致电弧在触头的机械表面外围旋转的磁场力。该AMF或RMF在电流流经电弧控制触头时由电流自身产生。通常，产生AMF或RMF的电弧控制装置包含两个绕组，一个安装在真空断路器的动电弧触头上，另一个安装在真空断路器的静电弧触头上。如果电流在两个绕组里以相同方向流动，当打开或者互相分离两个电弧触头时，产生的磁通在真空断路器的两个电弧触头之间的真空空间的轴向方向叠加。如果电流以与另一绕组中的电流方向相反的方向流入一个给定绕组，结果导致磁通能够在两个分离的电弧触头之间的真空空间里径向延伸。产生AMF的电弧控制装置理论上具有防止电弧在精确区域里收缩的第一个技术效果。换句话说，它们需要在一个尽可能大的接触区域上扩大电弧。所追求的结果是因此在尽可能大的接触区域里扩散电弧能量，并且因此能够使交流电在自然的过零处被切断。有效的AMF电弧控制装置因此必须在触头的整个表面上产生高的且均匀的磁通。通常，切断在30KA到50KA的范围内的电流需要用直径在50mm到80mm范围内的触头。对这样的直径来说，目前实施的AMF电弧控制装置能够基本满足。然而，在应用中使用的某些真空断路器，它们在切断几千安培，通常是63KA，80KA到160KA时可能会遭受短路。那就必需使用更大直径的触头，通常是范围在90mm到150mm。对于这样的直径，专利技术人已经发现，AMF形成为不均匀分布在物理接触表面上且在中心部分的场更弱，这导致真空断路器的切断性能减弱。已经提出一些解决方案来增加真空断路器的触头产生的磁通，同时也能够使它们能够在闭合的位置时承受持续电流。一些现存的解决方案导致了在触头的绕组部分和/或在电极部分嵌入额外的铁磁体材料，或者在触头主体中形成槽以便减弱局部涡流，或者把两种解决方案结合起来。就嵌入铁磁体材料而言，专利US6747233B1公开了使用不同饱和度和导磁率u的磁性环，以便使得不同分布及不同值的磁场作为电流大小的函数，也就是，对于低电流和高电流不同。更准确的说，可饱和磁性材料101，401和不可饱和磁性材料102，402被嵌入一个触头主体104，404内，所述触头主体是实心的且基本导电的，并且本身被固定在一个基本导电的机械连接棒部分103上。在可以想到的实施例中，可饱和材料的电阻率相对值和那些非可饱和材料的相反。相应的，在图1A到3所示实施例中，可饱和材料101具有高的电阻率，它被嵌入在一个具有低电阻率的不可饱和材料102的周围。在触头里用铁磁性材料的主要缺点是触头被磁化，因此它按原样要遭受磁场产生的力。对于50赫兹（Hz）的频率正弦AC，这个力每10毫秒（ms）会反向。应该用来控制短路电弧的材料上的该力的持续存在有弱化触头自身结构的趋势。此外，插入铁磁性材料时获得的磁场值未必高于没有插入铁磁性材料时获得的磁场值。专利DE19503661和US4390762都公开了一种把制出槽和嵌入额外的铁磁性材料结合起来的解决方案。更准确的说，专利DE19503661公开了一种触头1，其包含作为机械连接棒部分的中空的圆柱形管2，磁性的触头部分3固定在圆柱形管2上。磁性触头部分3在它的中心是中空的，并且具有实心圆柱形绕组部分4和电极圆盘部分8，其被磁性间隔件9和不锈钢或陶瓷盘10分离。三个相同的螺旋槽5在中空触头3里以彼此120度形成，从它的和管2的外径重合的内径7延伸到它的外径6。那种几何结构产生轴向延伸而且也径向分布的磁场，因此产生到达触头的更大区域的旋转电弧。换句话说，此文献公开了产生一种径向磁场，其能使电弧在触头外围的环行带内转动。专利US4390762公开了一种触头，其具有管形机械连接棒部分1，圆柱形基座2固定到该管形机械连接棒部分1上面，该圆柱形基座2具有中空的中心，且构成触头的绕组部分，低的环形触头环4固定在其上。机械连接棒1和圆柱形基座本质上是铜构成，而且环形触头环4是基于一种用铜渗透的铬基质。如图2所示，绕组部分2包含两个同心部分3，其被充填竖直环形中空5的高等级钢6分离。直线径向槽在这些部分3的每一个的一部分高度上制出。这些槽均匀分布在外围，且以相对于圆柱2的轴线相同的倾斜角度定向，但没有与圆柱2的轴线交叉。在该文献里公开的结构增加了触头的机械强度。其他既有解决方案描述在TOSHIBA刊物：ProceedingsISDEIV1998，417-418页，题目为“Physicalandtheoreticalaspectsofanewvacuumarccontroltechnology（新真空电弧控制技术的物理和理论特性）”中。那种解决方案在于添加了比第一个绕组小的第二个绕组。那种解决方案的缺点是所述绕组产生的磁场是彼此相反的，其具有在很大程度上明显减小整个磁场的趋势。为了解决这个问题，在2009年6月10日提出的名称为“Contactpourampouleàvideàmoyennetensionàcoupured'arcaméliorée,ampouleàvideetdisjoncteur,telqu'undisjoncteursectionneurd'alternateurassociés（具有改善灭弧的用于中压真空断路器的触头，以及相关的真空断路器和断路器，如AC发电机隔离断路器）”的专利申请FR0953852中，申请人已经提出和第一绕组电并联的第二绕组，该第二绕组适于产生能叠加在第一绕组产生的磁场上的磁场。那种解决方案整体上在这种意义上是另人满意的：通过赋予它在端触头的整个表面上有效的给定轮廓，它的确有可能增加AMF和避免它在其中心减弱。专利DE19513790描述了用于在真空断路器触头里产生AMF的绕组33，在它图5所示的实施例中，它具有有限长度的螺旋形槽50，使之在电弧控制触头的表面和断路器的触头之间的空间都不能获得均匀的磁场。
技术实现思路
专利技术的一个目的是提出一种改进的解决方案，其能够使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.29 FR 09567441.一种用于中压真空断路器(1)的电触头(2，3)，其沿着纵向轴线Y延伸，并包括：沿着所述纵向轴线Y延伸的机械连接部分(20，30)；触头主体(21，31)，其包括：第一绕组，该绕组基于低电阻材料，并且其外径大于90mm，用于在中压真空断路器(1)的电触头(2，3)中产生磁场，所述第一绕组包括具有螺旋槽(81)的中空圆柱体，所述中空圆柱体是空的，所述槽是空的，并且绕所述圆柱体的纵向轴线平行布置，并开口到所述圆柱体的外部和中空部，在所述第一绕组中每个螺旋槽的角向长度不少于360度；和圆板(22，32)，该圆板的外径等于所述第一绕组的外径，所述圆板(22，32)定中心于所述纵向轴线Y，且被固定到所述第一绕组的与固定到所述机械连接部分的端部相对的端部，其中，所述电触头(2，3)包括第二绕组(9，10)，该第二绕组与所述第一绕组(8)并联电连接，适于产生叠加在所述第一绕组(8)产生的磁场上的磁场。2.如权利要求1所述的电触头(2，3)，其中所述第一绕组的螺旋槽是从所述机械连接部分到所述圆板延伸的右旋类型的。3.如权利要求1所述的电触头(2，3)，其中所述第二绕组基于低电阻材料，并且其外径大于90mm，用于在中压真空断路器(1)的电触头(2，3)中产生磁场，所述第二绕组包括具有螺旋槽(81)的中空圆柱体(8)，所述第二绕组的中空圆柱体是空的，所述第二绕组的槽是空的，并且绕所述第二绕组的圆柱体的纵向轴线平行布置，并开口到所述第二绕组的圆柱体的外部和中空部，在所述第二绕组中每个螺旋槽的角向长度不少于360度，所述第二绕组(9)被定中心在所述纵向轴线Y上，和所述第一绕组(8)同中心，一端固定在所述机械连接部分，另一端固定于所述圆板(22，32)上，所述第二绕组的中空部(80，90)是空的。4.如权利要求3所述的电触头(2，3)，其中所述第二绕组的螺旋槽是从所述机械连接部分延伸到圆板的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S坎塔斯，
申请(专利权)人：施耐德电气能源法国公司，
类型：发明
国别省市：