用于中高压开关的接触元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高压或中压开关，尤其是直流开关，其包括可相互位移的第一组和第二组接触元件。本发明还涉及一种包括这种开关的电流断路器。
【背景技术】
[0002]在例如共同拥有的美国专利和公布的专利申请US7235751、US2012/0256711和US2013/0098874中公开了这种类型的开关。其具有第一组和第二组接触元件以及适合于使接触元件沿着位移方向相互位移的驱动器。各个接触元件携带至少一个传导元件。在接触元件的第一相互位置中，其传导元件组合起来，以便在开关的第一端子和第二端子之间在位移方向的横向方向上形成至少一个传导路径。在接触元件的第二位置中，传导元件相互位移到交错的位置，并因此中断上面的传导路径。
[0003]在US2012/0256711和US2013/0098874中所述的开关具有接触元件，其具有携带传导元件的绝缘载体。在开关的闭合状态下，传导元件对准，以便在开关的端子之间沿着轴向方向形成一个或多个电流路径。为了断开开关，接触元件通过两个驱动器沿着与轴向方向垂直的方向相互位移。开关装置设置在流体密封的壳体中，处于压力升高的气体或液体中。开关具有承受高压的能力和快速切换时间。传导元件突出到携带它的载体的两个相反的表面之上，并可在轴向方向上相对于携带它的载体轻微地移动，并且/或者可围绕倾斜轴线而轻微地倾斜，其中所述倾斜轴线垂直于轴向方向和位移方向。各个端子形成了用于接触传导元件的接触表面，其中端子中的至少一个包括弹簧部件，其弹性地将端子的接触表面推动到传导元件上。这确保了在传导元件自身之间和在传导元件与接触表面之间恰当的接触力，其中传导元件可在轴向方向上移动，并且在电流路径中的所有传导元件之间的力基本上是相等的。
[0004]虽然总地说来是令人满意的，但是本发明的一个目的是简化传导元件向其相应载体上的组装，并改善载体本身。
【发明内容】
[0005]因此，根据本发明的第一方面，该开关具有用于施加有待切换的电流的至少第一端子和第二端子、至少第一组接触元件和第二组接触元件、以及驱动器，驱动器适合于使成组的接触元件彼此相对沿着位移方向而相互位移，其中各个接触元件包括绝缘载体部分，其携带至少一个传导元件，其中传导元件的位置使得在接触元件的第一相互位置，传导元件在第一端子和第二端子之间形成至少一个传导路径，即开关处于闭合的传导位置；并且在接触元件的第二相互位置，传导元件相互位移，使得在第一端子和第二端子之间没有由传导元件形成的传导路径，即开关处于其断开的非传导位置，其中安装在载体部分上的传导元件被一或多个装载有弹簧的销锁定到其操作位置。
[0006]销最好是圆形的，以容许传导元件的主体围绕销的中心轴线进行小的受限的旋转移动。因而传导元件的主体可围绕倾斜轴线轻微地倾斜，其中所述倾斜轴线垂直于轴向方向和位移方向。这容许传导元件在开关处于其第一闭合位置时精确地轴向定位其本身，从而改善电流传导。
[0007]本发明容许在载体和传导元件之间的连接，其基本上没有异种材料，尤其无胶(没有胶)。
[0008]主体优选是伸长的矩形立方体，其中两个长的扁平接触面定向成与接触元件或其载体部分的平面平行，用于在操作中与相邻接触元件的传导元件的扁平的接触面相接触。立方体主体具有两个更长的面和两个小面，其中这种面定向在与接触元件的平面相垂直的位置。小面可具有安装销的盲孔。优选地，弹性元件例如弹簧安装在盲孔中的销的后面，以促进组装，并提供闭锁动作，从而将传导元件锁定于其在接触元件或载体部分上的位置。在一个优选实施例中，传导元件安装在载体部分的开口中，其中销具有分叉的顶端，从而闭锁到开口的侧壁上。开口制造成优选比传导元件的主体的第二长面或侧面之间的距离略宽，从而在载体部分的开口中，在其安装位置对传导元件的主体的受限移动提供小的间隙。
[0009]销优选由比主体更硬的材料制成，主体则通常利用高电导率的材料例如银、铜或铝制造而成。销本身可由钢优选硬化钢或具有可比拟于钢的硬度的塑料材料制成。词语“更硬”应理解为不同材料的硬度比较。
[0010]此外，传导元件应该有利地突出到携带它的载体的两个相反的表面之上。当传导元件突出到包围载体的表面之上时，可显示出，在该表面和传导元件之间的交汇处的电场小于其中传导元件的表面与载体的表面基本齐平的装置所用的电场。
[0011]虽然具有立方体主体，但是优选使在安装于载体中之后可见的所有轮廓线或边缘为圆形，包括暴露的销的轮廓线。
[0012]本发明的另一方面涉及用于制造针对接触元件的载体部分和/或框架结构的材料，在该框架上可安装传导元件。已经发现，同例如由玻璃纤维增强的环氧树脂材料制造的相同结构相比，由芳族聚酰胺纤维增强的环氧树脂材料制造接触元件的框架将在上述直流开关中提供更优良的性能。
[0013]开关有利地用于高压应用(即用于72kV以上的电压)，但是，其还可用于中压应用(在几kV至72kV之间)，尤其直流电压。
[0014]在从属权利要求以及以下描述中列举了其它有利的实施例。
【附图说明】
[0015]根据以下详细描述，本发明将得到更好地理解，并且不同于上面陈述的那些对象将变得清晰明了。这种描述参考了附图，其中:
图1显示了已知开关的横截面图；
图2显示了图1的接触元件的放大的横截面图；
图3A显示了接触元件的示意性的透视图，其带有载体部分和加速杆，但没有传导元件；
图3B和3C显示了图3A的放大的截面图，其中传导元件插入到载体部分中；
图4A和4B显示了根据本发明的一个示例的分别处于制造过程的两个不同的阶段的传导元件的主体的示意图；和图4C显示了根据本发明的一个示例的传导元件的销的示意图。
【具体实施方式】
[0016]现在将利用上面引用的申请US2012/0256711和US2013/0098874中所述的开关设计而进一步详细地描述本发明的一个示例。因此，图1的开关包括流体密封的壳体1，其封闭了用绝缘流体填充的空间2，绝缘流体尤其是压力升高的SF6或空气或油。
[0017]壳体I形成了 GIS-类型的歧管类型的金属封壳，并包括两个管段。第一管段3沿着轴向方向A延伸，并且第二管段4沿着方向D延伸，其在以下由于将变得清晰明了的原因而被称为位移方向。轴向方向A垂直于或几乎垂直于位移方向D。管段由基本交叉形的壳体段5形成。
[0018]第一管段3分别终止于第一和第二支撑绝缘体6和7上。第一支撑绝缘体6携带第一端子8，并且第二支撑绝缘体7携带开关的第二端子9。这两个延伸经过支撑绝缘体6，7的端子8，9基本上沿着轴向方向A携带电流经过开关。
[0019]第二管段4分别终止于第一帽10和第二帽11上。
[0020]第一端子8和第二端子9朝着空间2的中心延伸，并且终止于彼此某个距离处，其中开关装置12定位在它们之间，位于第一管段3和第二管段4的交汇区域。
[0021]从图2中可最佳地看出，开关装置12包括第一组接触元件13a，13b, 13c和第二组接触元件14a, 14b, 14c。在这里所示的实施例中，各个组包括三个接触元件，但该数量可变化，并且可能是例如两个或超过三个。第一组和第二组还可具有不同数量的接触元件，例如分别为两个和三个。有利地，该数量是每组至少两个接触元件。这两组接触元件交替地堆叠起来，即一组的各个接触元件邻近另一组的两个接触元件，除非其定位在开关装置12的端部，在这种情况下，其定位在另一组的一个接触元件和端子8，9中的一个之间。
[0022]各个接触元件包括板形绝缘载体15、一个或多个传导元件16和促动杆17。在这里所示的实施例中，各个载体15携带两个传导元件16。
[0023]图1和图2显示了处于闭合状态的开关，其中接触元件13a，13b, 13c, 14a, 14b, 14c处于第一相互位置，在该第一相互位置，传导元件16对准，以在第一端子和第二端子8，9之间沿着轴向方向A形成两个传导路径34。传导路径34在端子8，9之间携带电流。其数量可大于一，以便增加持续电流携带能力。
[0024]例如，在各个绝缘载体15中具有三个传导元件16的装置在开关闭合时导致三个传导路径34。在各个绝缘载体15中具有四个接触元件16的非内嵌装置在开关闭合时导致四个传导路径34，如此等等。
[0025]接触元件13a，13b, 13c, 14a, 14b, 14c在操作中沿着位移方向D移动到第二位置，其中传导元件16彼此相对交错，并且不会形成传导路径。在图2中，传导元件在这个第二位置的定位以标号16’的虚线来显示。从图中可以看出，传导元件16’现在沿着方向D彼此分隔开，从而产生若干个接触间隙，从而快速地提供高介电承受水平。
[0026]为了实现这种位移，并且如图1中可最佳看出，促动杆17连接在两个驱动器18，19上。第一驱动器18连接到第一组接触元件13a，13b, 13c的促动杆17上，并且第二驱动器19连接到第二组接触元件14a, 14b, 14c的促动杆17上。
[0027]在图1和图2所示的实施例中，开关通过将促动杆17拉离开关的中心而断开，从而将传导元件带入到其第二交错的位置。或者，杆17可被推向开关的中心，其也容许将传导元件带入到交错的位置。
[0028]驱动器18，19例如可基于排斥的洛伦兹力原理进行操作，并且具有US7235751中所公开的类型，因此在这里不做详细地描述。各个驱动器能够使一组接触元件沿着位移方向D位移。它们适合于并控制成使第一组和第二组以相反的方向在相同的时间移动，从而增加行程长度以及位移的加速度和速度。
[0029]驱动器18，19设置在第二管段4的相反的端部区域中。
[0030]应该注意，为了给接触系统提供所需要的介电强度，可能不需要行进驱动器的全部冲程(例如每次驱动20mm)，相反短得多的距离(例如每次驱动1mm)就足够了，其可在甚至更短的时间达到。这在达到冲程端部位置以及促动器的阻尼阶段时反退的情况下还提供了某些安全性。传导元件16的充分的分离可在I或2ms (毫秒)内达到。
[0031 ] 如图2中所示，各个端子8，9携带接触板32，其形成了当开关处于其第一位置时与传导元件16相接触的接触表面33。接触板32以轴向可位移的方式安装在端子8，9上，其中弹簧20弹性地将接触表面33推动到传导元件上，从而在传导元件16的对准状态将其压缩，以便更好地传导。在图2的实施例中，螺旋压缩弹簧20用于这个目的，但其它类型的弹簧部件可也可使用。另外，虽然在各个端子8，9中存在至少一个弹簧部件20是有利的，但是用于对准的传导元件16的压缩力还可通过端子8，9中的仅仅一个中的弹簧部件来产生，从而减少处于开关的闭合位置的元件16之间的接触电阻。
[0032]在图3A中显示了在其完全组装之前的单个接触元件13a的透视示意图。接触元件包括载体部分15和促动杆17。在所示的示例中，这两个部分由相同的材料共同制成单个部分。载体部分15具有框架结构，其具有切口段或孔151，152，以便进一