用于真空断续器的轴向磁场线圈的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明涉及高电压电气开关，诸如高电压断路器、开关设备和其它电气设备。更特定而言，本发明涉及一种电气开关，其接触件位于绝缘环境封壳内，诸如陶瓷瓶内。
【附图说明】
[0002]图1A和图1B分别是示出了根据本文所描述的实施方式的、处于闭合位置和打开位置的真空断续器组件的示意截面图；
[0003]图2是图1的真空断续器组件的可移动导体组件的示意侧视图；
[0004]图3是图2的可移动导体组件的示意侧视透视图；
[0005]图4是图2的可移动导体组件的示意侧视截面图；
[0006]图5是图4的侧视截面图的一部分的放大视图；
[0007]图6A和图6B是轴向磁场(AMF)线圈的原始形式的截面侧视图和侧视透视图；
[0008]图7A是AMF线圈的前端视图；
[0009]图7B是图7A的AMF线圈的侧视图；
[0010]图7C是图7A的AMF线圈的后端视图；
[0011]图7D是图7B的AMF线圈的截面侧视图；以及
[0012]图8A和图8B是图7A的AMF线圈的示意侧视透视图。
【具体实施方式】
[0013]下文的详细描述参考附图。在不同附图中相同的附图标记表示相同或相似元件。
[0014]提供用于真空断续器的接触组件。在一实施方式中，两个接触组件可以成组设置于真空腔室内。每个接触组件可以生成轴向磁场以在接触组件之间扩散电弧。每个接触组件可以包括第一导电材料的接触盘、线圈和接触支承件。线圈可由第二导电材料制成并且包括多个螺旋部段，多个螺旋部段相对于共同中心轴线在轴向定向。螺旋部段中每一个可包括近端和远端，使得螺旋部段中每一个在近端连接到第二导电材料制成的底座并且在远端连接到接触盘。接触支承件可以沿轴向在线圈内居中并且可以从底座延伸到接触盘从而维持螺旋部段的间距。
[0015]图1A提供了示出处于闭合位置的真空断续器组件10的示意截面图，并且图1B提供了示出处于打开位置的真空断续器组件10的示意截面图。一起参考图1A和图1B，真空断续器组件10包括绝缘主体20、固定导体组件30、可移动导体组件40和电弧屏蔽件50。
[0016]绝缘主体20通常限定细长内孔，使得固定导体组件30和可移动导体组件40沿轴向穿过主体20的内孔延伸。绝缘主体20可以大体上包括(例如)陶瓷管22 (其可以包括联结和/或密封在一起的多个管区段)，在陶瓷管22任一端上具有凸缘24、26。凸缘24/26可以联结/密封到陶瓷管22的相应端。
[0017]凸缘24可以包括开口以允许固定导体组件30的轴32延伸穿过。轴32可以相对于凸缘24固定，并且凸缘24和轴32的接口可以气密地密封固定。凸缘26可以包括开口以允许可移动导体组件40的导电轴42延伸穿过。轴42可以相对于凸缘26沿轴向移动。可以设置波纹管60以允许轴42在穿过凸缘26的开口移动的同时维持气密密封。在陶瓷管22、凸缘24、轴32和/或轴42的接口处的气密密封允许在绝缘主体20内形成真空腔室
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[0018]如图1A和图1B所示，固定导体组件30和可移动导体组件40中每一个(也被称作电极组件)可以包括接触组件100(例如，接触组件100-1和100-2，在本文中统称作“接触组件100”或总体上被称作“接触组件100” )。可移动导体组件40可以在闭合位置(图1Α)与打开位置(图1Β)之间移动，使用波纹管60来帮助维持在绝缘主体20内的密封真空封壳。轴32和轴42中每一个可以由导电材料诸如铜形成，使得外部供应的电流能通过轴32/42或者从相应接触组件100传递。
[0019]在操作中，当真空断续器10处于闭合位置(图1Α)时，接触组件100-1和100-2 —起处于真空气氛下(例如，在真空腔室28内)并且通过轴32或42引入的电流通过接触组件100-1和100-2流入到轴42或32中另一个。当从闭合位置移动到打开位置(图1Β)时，接触组件100-1和100-2分开并且从切换电流抽吸的金属蒸气电弧可以由接触组件100-1和100-2的汽化材料形成。
[0020]一般而言，当电流到达设计极限时，蒸气电弧能腐蚀接触组件100-1和100-2。在常规接触件中，在超过10千安培(kA)的电流下，蒸气电弧倾向于变得收缩，这可能导致接触件局部劣化和蒸气电弧熄灭失败。蒸气电弧收缩程度可以取决于接触组件的几何形状(以及其它特征)。例如，接触组件的几何形状可能生成影响蒸气电弧行为的磁场。
[0021]根据本文所描述的实施方式，接触组件100可以生成轴向磁场(AMF)，轴向磁场(AMF)保持蒸气电弧处于非破坏性扩散模式(例如，由于轴向磁场)，并且使电弧快速地熄灭于真空气氛。如在本文中进一步描述，接触组件100可以包括多臂螺旋线圈结构，以在高电流应用中在接触组件之间生成轴向磁场。具有接触组件100的真空断续器10将在高电流短路(例如，超过1kA)中良好地起作用。这种高电流条件的设备可以包括断路器、接地装置、开关设备或其它高电压设备。
[0022]图2是可移动导体组件40的示意侧视图，并且图3是可移动导体组件40的分解透视图。图4是可移动导体组件40沿着图2的截面A-A的侧视截面图，并且图5是图4的侧视截面图的一部分B的放大视图。图6A是用于AMF线圈120的原始形式200的截面侧视图，并且图6B是AMF线圈的原始形式200的透视图。图7A至图8B提供了在机械加工之后AMF线圈120的不同视图。特定而言，图7A是AMF线圈120的前端视图；图78是AMF线圈120的侧视图；图7C是AMF线圈120的后端视图；并且图7D是AMF线圈120的截面侧视图。图8A和图8B是AMF线圈120的不同侧部透视图。尽管在图2至图8B中未示出，但固定导体组件30的配置可以类似于可移动导体组件40。
[0023]—起参考图2至图5，接触组件100可以安装到轴42的一端。接触组件100可以包括接触盘110、AMF线圈120、接触支承件130和支承盘140。如在本文中进一步描述，接触盘110、AMF线圈120、接触支承件130和支承盘140可以结合在一起，以使用多个钎焊环/盘经由钎焊过程形成接触组件100。接触盘110、AMF线圈120、接触支承件130和支承盘140可以总体上彼此沿轴向对准并且沿着共同轴线44与轴42对准。
[0024]接触盘110可以包括导电盘，当真空断续器组件10处于闭合位置时，导电盘触及另一接触件(例如，在接触组件100-1上)。接触盘110可以包括导电材料，当可移动导体组件40从闭合位置移动到打开位置时，该导电材料可使金属汽化发弧最小化。在一实施方式中，接触盘110可以由铜(Cu)/铬(Cr)合金制成。
[0025]一起参考图2至图5和图7A和图8D，AMF线圈120可以包括由导电材料诸如铜制成的多个(例如，两个或更多个)螺旋部段122。在一实施方式中，如在附图(例如，图5)中所示，AMF线圈120可以包括在底座124处连接的三个螺旋部段122-1、122-2和122-2(在本文中统称作“螺旋部段122”并且总体上称作“螺旋部段122”)。每个螺旋部段122的近端可以与底座124整合，并且每个螺旋部段122的远端可以渐缩以形成接触区123 (图7A)。每个螺旋部段122可以共用(例如，相对于共同轴线44在轴向定向)共同轴线44。每个接触区123可以与其余螺旋部段122的接触区共面并且可以最终固定(例如，钎焊)到接触盘110。在图示配置中，三个螺旋部段122相对于彼此以120度在径向偏移并且彼此缠结以形成线圈。根据一实施方式，每个螺旋部段122(例如，从底座124的近端跨越到相对远端)对应于整个AMF线圈120圆周一圈的大约0.7。因此，AMF线圈120有效地具有2.1总圈(0.7*3)。应了解，在其它实施方式中，每个螺旋部段可以对应于更大量或更少量圈和/或可以提供更多螺旋部段122。
[0026]如图2至图5所示，底座124可以使用钎焊盘126联结(例如，钎焊)到支承盘140。支承盘140可以总体上由具有高电阻率的较强材料诸如不锈钢制成，其并不影响从AMF线圈120生成的轴向磁场。钎焊盘126可以由铜或者适合于将AMF线圈120材料钎焊到接触支承盘140材料的另一材料制成。钎焊盘128可以用于将螺旋部段122的远端(例如，与底座124相对的端部)联结到接触盘110。钎焊盘128可以由铜或者适合于钎焊AMF线圈120和接触盘110材料的另一材料制成。
[0027]接触支承件130可以具有圆筒形状以向AMF线圈120提供轴向支承。接触支承件130可以定位于AMF线圈120中心内并且可以大体上大小设定为使得接触支承件130的轴向长度能防止AMF线圈120的压缩。更特定而言，接触支承件130插入于底座124