电断路触头的制作方法

1.本发明涉及中压真空断路装置领域，也称为真空断续器。真空断续器用在电气设备中，用于分配中压，即1至52kv的电压。真空断续器与致动器相关联，以切断电路的一部分中的电流。


背景技术：

2.众所周知，真空断续器包括面对面放置的两个断路触头。每个断路触头包括用于传导电流的杆和牢固地紧固到杆的触头主体。触头被放置在护套中，形成真空下的密封外壳。触头可以相对于彼此移动。当触头彼此抵靠时，电流可以从一个触头流到另一个触头。当触头彼此分离时，电流断开。
3.电流断开和建立时都会产生电弧。形成的电弧加热电弧经过的部件，并可能导致触头表面局部熔化。因此，已知给触头一种形状，使得由此产生的电弧产生径向磁场，这允许电弧有利地定向并最终控制它。本文描述的发明更具体地涉及这种类型的径向磁场触头，也称为rmf或tmf触头，rmf代表径向磁场，tmf代表横向磁场。然而，本发明可以可选地应用于其他类型的触头。
4.本发明的目的是改善这种真空断续器的性能。
5.在真空断续器闭合时，在所述触头彼此抵靠的时刻，触头之间的相对速度趋向于引起回弹效应。换句话说，触头之间的连续性不会突然出现，电触头之间的距离倾向于振荡。根据某些国际或国家标准，特别是标准cn gb 50150-2016，回弹的持续时间必须保持短于某个极限，例如等于2或3毫秒。因此，提供一种允许这些回弹的持续时间最小化的解决方案将是有利的。


技术实现要素：

6.为此，本发明提供了一种用于中压真空断续器的电断路触头，特别是径向磁场电断路触头，该触头包括：
[0007]-沿着纵向轴线延伸的杆，所述杆被配置为被电流穿过，
[0008]-触头主体，其横向于纵向轴线延伸并包括第一紧固表面，所述触头主体与杆同轴，
[0009]
其中，所述杆包括：
[0010]-第二紧固表面，其牢固地紧固到第一紧固表面，
[0011]-抵靠表面，其在第二紧固表面的径向外部，该抵靠表面沿着纵向轴线远离触头主体、并朝向触头主体转动。
[0012]
换句话说，在所提供的电断路触头中，触头主体和抵靠表面被构造成使得触头主体能够在平行于纵向轴线的方向上进行弯曲运动。
[0013]
触头主体和抵靠表面被构造成使得触头主体的一个部段或一部分在触头主体弯曲期间与抵靠表面接触。
[0014]
传统上，当真空断续器的电路闭合时，即当真空断续器的可移动触头接触固定触头时，会发生倾向于产生回弹的冲击。换句话说，在最初的冲击之后，两个触头可能会再次轻微分开，这促进了电弧的重新触发。这种回弹效是要被避免的。根据本发明，杆的抵靠表面相对于触头主体向后设置，该抵靠表面在杆和触头主体被牢固地紧固的区域的径向外部。因此，触头主体被配置为当真空断续器闭合时，触头主体撞击面对地放置的第二触头主体时弯曲。由触头主体的偏转引起的这种变形有助于耗散与第二电触头的冲击能量，从而限制回弹效应。
[0015]
以下段落中列出的特征可以彼此独立地实现，或者以任何技术上可能的组合来实现：
[0016]
杆和触头主体是导电的。杆和触头主体由金属制成。
[0017]
触头主体呈圆盘形。杆是圆柱形的。
[0018]
触头主体被构造成在触头主体弯曲期间与抵靠表面的至少一部分接触。
[0019]
第一紧固表面和第二紧固表面垂直于纵向轴线。
[0020]
第二紧固表面由杆的肩部形成。
[0021]
第一紧固表面和第二紧固表面通过钎焊牢固地紧固。
[0022]
根据电断路触头的一个实施例，在平行于纵向轴线的方向上测量的抵靠表面和触头主体之间的距离在0.2毫米和1.0毫米之间。
[0023]
抵靠表面和触头主体之间的轴向间隙的这个值允许偏转幅度非常适合于在电触头之间的冲击期间消散能量。
[0024]
根据电断路触头的一个实施例，抵靠表面包括彼此远离的多个抵靠区域。
[0025]
抵靠表面包括四个抵靠区域。
[0026]
至少一个抵靠区域在杆的纵向轴线的方向上从杆的外边缘延伸。
[0027]
至少一个抵靠区域包括在距纵向轴线的第一距离和距纵向轴线的第二距离之间径向延伸的环形部段。所述第一距离小于或等于杆的半径值。所述第二距离大于第二紧固表面的半径值。
[0028]
抵靠区域的环形部段占据了角度值在15
°
和45
°
之间的角扇区。
[0029]
抵靠表面是平面的。作为变型，抵靠表面具有截头圆锥形状。
[0030]
抵靠表面和紧固表面位于平行的平面中。
[0031]
根据本发明的一个方面，杆包括邻近第二紧固表面的凹槽。
[0032]
当杆和触头主体已经通过钎焊牢固地紧固时，凹槽可以避免毛细效应，该毛细效应会导致钎焊材料从第一紧固表面迁移到抵靠表面。
[0033]
至少一个抵靠区域与凹槽的一个部段相邻。
[0034]
根据本发明的另一个方面，触头主体包括接触表面，该接触表面被配置为与面向触头放置的第二电断路触头接触，从而允许电流在两个触头之间通过，
[0035]
第一紧固表面在第一内部距离和第一外部距离之间径向延伸，并且接触表面在第二内部距离和第二外部距离之间径向延伸，
[0036]
并且，第二内部距离和第一外部距离之间的比率大于或等于1。
[0037]
换句话说，当比率高于1时，接触表面位于第一紧固表面的径向外部。
[0038]
当真空断续器闭合时，电场随着触头相互靠近而增加，直到发生电介质击穿。电介
质击穿导致触头之间在机械接触之前出现电弧。电弧引起的表面熔化经常导致触头之间的局部焊接。这些焊接增加了重新打开真空断续器所需的力。因此，希望提供一种解决方案，允许破坏这种焊接所需的力受到限制。
[0039]
由于第一紧固表面和接触表面的相对布置，电弧的起始区域相对于触头的中心径向偏移。这允许施加在初始电弧上的电动力增加，从而提高了电弧的旋转速度。这样，电弧被迅速推出机械接触的优先区域，即电弧的起始区域，从而避免了触头的焊接。因此，在使用过程中，重新打开触头所需的力保持基本恒定。
[0040]
触头主体包括从纵向轴线延伸的变薄部段。变薄部段可以具有圆形形状。变薄部段可以通过在触头主体中产生以纵向轴线为中心的扩孔来获得。换句话说，触头主体包括以纵向轴线为中心的盲孔。
[0041]
根据电断路触头的一个实施例，抵靠表面在平行于纵向轴线的方向上与接触表面平直。
[0042]
根据一个实施例，接触表面包括彼此远离的多个接触区域。
[0043]
这种构造允许电弧在闭合时的初始断开或预触发阶段快速运动被促进。这既提高了断开性能，又获得了尽可能弱的触头焊接。
[0044]
每个抵靠区域在平行于纵向轴线的方向上与接触区域平直定位。
[0045]
根据一个实施例，触头主体具有螺旋结构，触头主体具有圆盘形状，包括穿过圆盘厚度的狭缝，狭缝从触头主体的外围朝向触头主体3的内部延伸。
[0046]
这种构造允许当电弧在断路触头之间流动时径向磁场的产生被促进。
[0047]
触头主体包括分支，每个分支包括在两个连续的狭缝之间。
[0048]
分支从中心部分向外延伸，并包括弯曲的边缘。
[0049]
纯粹示例性地，在所描绘的实施例中，狭缝是弯曲的。狭缝与圆盘的周边齐平，与径向方向成30
°
到50
°
之间的角度。
[0050]
狭缝在通向圆盘外围的第一端和第二端之间延伸，并且狭缝在第二端与径向方向成70
°
到90
°
之间的角度。
[0051]
根据电断路触头的一个实施例，触头主体包括沿径向方向放置在接触表面外部的倾斜部段。
[0052]
这种形状使得可以防止接触表面位于触头主体的周边。因此，断开触头之间的任何焊接所需的力矩被最小化。降低了在施加允许触头分离的力的过程中触头主体塑性变形的风险。因此保持了打开真空断续器的能力。
[0053]
倾斜部段与纵向轴线成80
°
至89
°
之间的角度。
[0054]
倾斜部段从接触表面的径向外边缘延伸到触头主体的周边。
[0055]
根据一个实施例，触头主体包括角定位孔，杆包括角定位销，销插入角定位孔中。
[0056]
本发明还涉及一种用于中压真空断续器的径向磁场电断路触头，所述触头包括：
[0057]-沿着纵向轴线延伸的杆，所述杆被配置为被电流穿过，
[0058]-横向于纵向轴线延伸的圆盘形触头主体，所述触头主体与杆同轴，
[0059]
所述触头主体包括：
[0060]-第一紧固表面，其牢固地紧固到杆，以及
[0061]-接触表面，其被配置为与面向触头放置的第二电断路触头接触，从而允许电流在
两个触头之间通过，
[0062]
其中，第一紧固表面在第一内部距离和第一外部距离之间径向延伸，并且接触表面在第二内部距离和第二外部距离之间径向延伸，
[0063]
并且其中，第二内部距离和第一外部距离之间的比率高于0.9，并且优选高于1。
[0064]
本发明还涉及一种真空断续器，包括如上所述的固定触头和如上所述的可移动触头，可移动触头可在与固定触头接触的允许电流通过的位置和远离固定触头的阻止电流通过的位置之间移动。
附图说明
[0065]
通过阅读下面提供的描述和查阅附图，其他特征、细节和优点将变得显而易见，其中：
[0066]
图1是根据现有技术的真空断续器的示意图，
[0067]
图2是根据本发明的第一实施例的电断路触头的横截面示意图，
[0068]
图3是图2的电断路触头的另一横截面示意图，
[0069]
图4是图2的断路触头的杆的详细透视图，
[0070]
图5是根据本发明的第二实施例的触头主体的详细透视图，
[0071]
图6示意性地示出了结合了根据本发明的电断路触头的真空断续器的操作的横截面图，
[0072]
图7是在真空断续器闭合期间，断路触头位置随时间变化的曲线。
具体实施方式
[0073]
为了附图的易读性，各种元件不一定按比例示出。在附图中，相同的元件用相同的附图标记表示。某些元件或参数可以被标引，即例如由第一元件或第二元件，或者甚至第一参数和第二参数等来指定。这种标引的目的是区分相似但不相同的元件或参数。这种标引并不意味着一个元件或参数优先于另一个；互换命名是可能的。当规定一个子系统包括一个给定的元件时，这并不排除该子系统中其他元件的存在。
[0074]
图1示出了真空断续器100，其包括将在下面描述的固定触头1和也将在下面描述的可移动触头11。可移动触头11面向固定触头1放置。两个触头1、11同轴。可移动触头11可以在与固定触头1接触的允许电流通过的位置和远离固定触头1的阻止电流通过的位置之间移动。图1的左半部分示出了处于接触位置的触头1、11。图1的右半部分示出了彼此分开定位的触头1、11，即处于电流通路中断的位置。控制机构(未示出)允许可移动触头11移动以使其与固定触头1抵靠，并且还允许其移开以切断电流。所述真空断续器100旨在用于断开中压，即包含在1kv和52kv之间的电压的装置。断路装置例如可以是断路器、隔离开关或开关。真空断续器100包括护套29，形成真空下的密封外壳。这意味着外壳内的压力低于10-4
mbar。屏蔽件28沿径向方向面向断路触头1、11放置。波纹管27使得移动可移动触头11同时保持密封性成为可能。
[0075]
电断路触头1包括用于传导电流的杆2和触头主体3。杆2和触头主体3是导电的。杆2和触头主体3由金属制成。同样，第二触头11包括杆21和触头主体31。两个触头1、11以类似的方式构造。
[0076]
杆2和触头主体3被牢固地紧固，即它们彼此刚性地附接。为此，触头主体3包括第一紧固表面4，杆2包括第二紧固表面5。第一紧固表面4和第二紧固表面5在此处通过钎焊牢固地紧固。第一紧固表面4和第二紧固表面5垂直于纵向轴线x。
[0077]
在图1所示的示例中，触头主体3是圆盘形的。杆2是圆柱形的。在图2至4的实施例中，第二紧固表面5由杆2的肩部形成。
[0078]
触头主体1被构造成使得在触头主体1和第二触头主体11之间形成的电弧产生径向磁场。当断路触头1足够靠近第二断路触头11时，电弧尤其在电流建立和/或断开期间形成。面对的触头主体之间的电势差产生电弧，该电弧穿过位于两个触头主体1、11之间的空间。
[0079]
图2示出了用于中压真空断续器100的电断路触头1，该触头1包括：
[0080]-沿着纵向轴线x延伸的杆2，所述杆被配置为被电流穿过，
[0081]-触头主体3，其横向于纵向轴线x延伸并包括第一紧固表面4，所述触头主体3与杆2同轴，
[0082]
其中，所述杆2包括：
[0083]-第二紧固表面5，其牢固地紧固到第一紧固表面4，
[0084]-抵靠表面6，其在第二紧固表面5的径向外部，该抵靠表面6沿着纵向轴线x远离触头主体3，并朝向触头主体3转动。
[0085]
电断路触头1在此处是径向磁场断路触头。在图3特别示出的示例中，抵靠表面6和触头主体3之间在平行于纵向轴线x的方向上测量的距离e1在0.2毫米和1.0毫米之间。在图3中，为了更好地观察，距离e1被放大。
[0086]
由于距离e1，触头主体3和抵靠表面6被构造成使得触头主体3能够进行弯曲运动，特别是在平行于纵向轴线x的方向上。可能的弯曲由图3中的箭头f描绘。
[0087]
当真空断续器的电路闭合时，即当真空断续器100的控制机构使可移动触头11接触固定触头1时，会发生倾向于在两个触头1、11之间产生回弹的冲击。换句话说，在最初的冲击之后，两个触头1、11可能会再次轻微分开，这促进了电弧的重新触发。要避免这种反弹效应，因为它降低了对电弧形成的控制。根据本发明，杆2的抵靠表面6相对于触头主体3向后设置。因此，当真空断续器闭合时，触头主体3在撞击面对地放置的第二触头主体31时弯曲。由触头主体3的偏转引起的这种变形有助于耗散与第二电触头的冲击能量，从而限制回弹效应。箭头n描绘了当触头1、11彼此抵靠时施加到触头主体上的力。箭头f描绘了由此产生的弯曲。此处的概念是通过径向磁场电断路触头1提出的。它也可以应用于其他类型的电断路触头，特别是轴向磁场电断路触头。
[0088]
在图7中，曲线c-1示出了在根据现有技术的真空断续器闭合期间，可移动断路触头11的位置随时间的变化。曲线c-2示出了在根据本发明的真空断续器闭合期间，可移动断路触头11的位置随时间的变化。时间ti表示可移动触头11撞击固定触头1的时间。在曲线c-1中，震荡后的回弹效果清晰可见，参数z-1表示回弹的幅度。在曲线c-2中，可以看到回弹的振幅z-2明显低于z-1，因为通过触头主体的弯曲和通过与杆的抵靠表面的接触耗散了冲击能量。可以采用表征回弹的其他方法，例如基于电信号测量的方法。
[0089]
触头主体3和抵靠表面6被构造成使得触头主体3的一个部段25在触头主体3弯曲期间与抵靠表面6接触。更准确地说，触头主体3被构造成在触头主体3弯曲期间与抵靠表面
6的至少一部分接触。
[0090]
根据图4的实施例，抵靠表面6包括彼此远离的多个抵靠区域7。更准确地说，抵靠表面6包括四个抵靠区域7。
[0091]
至少一个抵靠区域7在杆2的纵向轴线x的方向上从杆2的外边缘26延伸。
[0092]
抵靠表面6是平面的。抵靠表面6和第二紧固表面5位于平行的平面p1、p2中。根据一种变型(未示出)，抵靠表面6具有截头圆锥形状。
[0093]
至少一个抵靠区域7包括在距纵向轴线x的第一距离r1和距纵向轴线x的第二距离r2之间径向延伸的环形部段。第一距离r1小于或等于杆2的半径值。所述第二距离r2大于第二紧固表面5的半径值。
[0094]
抵靠区域7的环形部段占据了角度值在15
°
和45
°
之间的角扇区a1。
[0095]
杆2包括邻近第二紧固表面5的凹槽10。因此，从图2中可以更具体地看出，当杆2和触头主体3钎焊在一起时，凹槽10可以避免毛细效应，该毛细效应会导致钎焊材料从第一紧固表面迁移到抵靠表面。钎焊区域是包括在触头主体3的第一紧固表面4和杆2的第二紧固表面5之间的间隙。至少一个抵靠区域7与凹槽10的一个部段相邻。在图4的示例中，每个抵靠区域7由圆弧径向界定。抵靠区域7在径向方向上由内侧的凹槽10和外侧的杆的周边界定。沿横向方向y测量，凹槽10的宽度大于0.5毫米。沿纵向方向x测量，凹槽10的深度大于0.5毫米。
[0096]
根据本发明的另一个方面，特别是如图3中所示，触头主体3包括接触表面8，该接触表面8被配置为与面向触头1放置的第二电断路触头11接触，从而允许电流在两个触头1、11之间通过，
[0097]
第一紧固表面4在第一内部距离d4i和第一外部距离d4e之间径向延伸，并且接触表面8在第二内部距离d8i和第二外部距离d8e之间径向延伸，
[0098]
并且，第二内部距离d8i和第一外部距离d4e之间的比率r大于或等于1。
[0099]
换句话说，当比率r高于1时，接触表面8位于第一紧固表面4的径向外部。在这种情况下，接触表面8的最内点比第一紧固表面4的最外点更远离纵向轴线x。
[0100]
因此，在断路触头1、11之间形成接触的接触表面8、81相对于导电杆2、21径向向外偏移。电流的通过在图6中用箭头c表示。因此，电流可以通过的区域比根据现有技术的解决方案更大。此外，由于断路触头是径向磁场型的，电弧偏向触头的外部。这种构造允许更好地控制触头之间的电弧。特别地，这种构造允许电接触区域和电弧穿过的区域被分开。触头主体3在此处是径向磁场触头主体。
[0101]
触头主体3包括从纵向轴线x延伸的变薄部段12。变薄部段12可以具有圆形形状。变薄部段12在此处由触头主体中的扩孔形成，以纵向轴线x为中心。第一紧固表面4和接触表面8位于触头主体3的相对的轴向面13、14上。
[0102]
在这里描述的示例中，如图2所示，抵靠表面6在平行于纵向轴线x的方向d1上与接触表面8平直(plumb)。这意味着平行于纵向轴线x并穿过抵靠表面6的任何直线d1都穿过接触表面8。
[0103]
图5示出了触头主体3的一个实施例。在图5中，接触表面8包括彼此远离的多个接触区域9。为了图5的易读性，接触区域9用点强调。根据未示出的变型，接触表面8可以是单个连续部段。当变薄部段12的直径足够小以至于不能径向延伸到狭缝16时，情况尤其如此。
[0104]
每个抵靠区域7与一个接触区域9在平行于纵向轴线x的方向上平直(plumb)定位。如上所述，这意味着平行于纵向轴线x并穿过抵靠区域7的任何直线都穿过接触表面9。换句话说，沿纵向轴线x看，抵靠区域7的周边在接触区域9的周边内部。
[0105]
在该示例中，触头主体3具有螺旋结构，触头主体3具有圆盘形状，包括穿过圆盘厚度的狭缝16，狭缝16从触头主体3的周边15朝向触头主体3的内部延伸。
[0106]
这种构造允许当电弧在断路触头之间流动时径向磁场的产生被促进。
[0107]
触头主体包括分支18，每个分支18包括在两个连续的狭缝之间。每个分支18由成角度地包含在两个连续狭缝16之间的材料形成。分支18从中心部分向外延伸，并包括弯曲的边缘。根据未示出的变型，分支18可以具有其他形状。更一般地，分支18可以具有允许电弧产生径向磁场的任何形状。在所示的示例中，每个触头主体3、31包括四个分支18。两个连续分支之间的角度间隔是恒定的，等于90
°
。在未示出的变型中，其中触头主体3、31具有不同于四个的多个分支18，抵靠表面6的抵靠区域7的数量等于触头主体3、31的分支18的数量。每个分支18与一个抵靠区域7平直(plumb)。更准确地说，每个抵靠表面7与一个接触区域9平直(plumb)。
[0108]
接触区域9占据角度值为a5的角扇区。抵靠区域7的环形部段占据角度值为a1的角扇区，角度值a1小于角度值a5。
[0109]
在图示的示例中，狭缝16是弯曲的。根据未示出的变型，狭缝16可以是直线的。狭缝与圆盘的周边齐平，与径向方向成30
°
到50
°
之间的角度a2。狭缝16在通向圆盘周边的第一端19和第二端20之间延伸，并且狭缝在第二端与径向方向成70
°
到90
°
之间的角度a3。狭缝16的角度a2是在其最远离纵向轴线x的边缘测量的。狭缝16的角度a3是在其最靠近纵向轴线x的边缘测量的。
[0110]
如图2所示，触头主体3包括沿径向方向y放置在接触表面8外部的倾斜部段22。
[0111]
这种形状使得可以避免触头主体3、31在其周边上的机械接触。在产生电弧的区域将触头主体焊接在一起的情况下，旨在分离触头的力所施加的力矩低于如果在触头主体的周边存在焊接的情况。触头塑性变形的风险是被限制的。
[0112]
倾斜部段22与纵向轴线x成80
°
至89
°
之间的角度a4。
[0113]
触头主体3包括角度定位孔23，杆2包括角度定位销24，销24插入角度定位孔23中。