包括减少磨损的常设触头的电流接通和/或切断装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于接通和/或切断电流的装置的领域，该装置特别是对高压或中压而言具有减少磨损的常设触头。
[0002]在这方面，术语“中压”和“高压”以其通常被接受的方式使用。术语“中压”是指对交流电(AC)而言介于I千伏(kV)至52kV的范围内的电压以及对直流电(DC)而言介于1.5kV至75kV的范围内的电压。术语“高压”是指对AC而言严格大于52kV的电压以及对DC而言严格大于75kV的电压。
[0003]具有常设触头的用于接通和/或切断电流的装置可以具体地为断路器、断开器、开关、接触器。
【背景技术】
[0004]用于接触和/或切断电流的装置在填充有诸如六氟化硫之类的介电流体的切断腔室中包括一对常设触头和一对电弧触头。通常，在每对触头中，一个触头是固定的而另一触头是可动的，以便能够通过使可动触头运动而使用于接通和/或切断电流的装置从闭合位置转换到断开位置以及从断开位置转换到闭合位置。在变型中，触头对中的两个触头都可以是可动的。
[0005]在对该装置的触头进行旨在使所述触头从闭合位置(在闭合位置中所述触头进行导电)开始就位到断开位置的操作期间，常设触头分离并且在所述触头之间出现电弧，该电弧被称作“开关电弧”。在所述开关电弧被熄灭之后，电流继续流经电弧触头。然后，电弧触头也分离开，这导致在所述电弧触头之间产生电弧。介电流体使得能够对电弧进行冷却并且将电弧熄灭。
[0006]该开关电弧的特征在于非常大量的能量，而这种能量需要设法被最小化，首先是为了保证快速进行开关，其次是为了最小化常设触头的磨损。触头的磨损导致了:在该装置处于闭合位置时所述触头的进行接触的区域的机械弱化；产生金属微粒，金属微粒导致带电部件和处于地电位的部件之间的介电电弧；以及触头的几何形状的改变，从而导致在闭合位置中电接触的质量降低。电弧的能量取决于电弧的电压、电弧的电流并且取决于开关时间。
[0007]美国专利申请N0.2006/278507描述了一种电弧触头，该电弧触头包括通过银或铜焊接到金属承载体上的钨覆层，承载体和焊接层覆盖有锡、锌、镁或铝的保护层。这种构造不是令人满意的，因为银、铜和所推荐的用于保护层的材料在存在电弧的情况下无法保持稳定并且它们会受腐蚀和汽化。
[0008]在美国专利N0.6 211 478中，推荐提供一种电弧触头，该电弧触头具有由两种金属的混合物形成的烧结材料的覆层，一种金属具有高于2000°C的熔化温度，而另一种金种具有低于2000°C的熔化温度。提出为特别有利的材料是具有80%的钨和20%的铜的铜和钨的混合物，所述百分比为重量百分比。
[0009]上述构造的缺点是费用高昂，因为覆层需要在被沉积之前绕结。
[0010]另一缺点是在所推荐的混合物的情况下，当电弧产生时，存在:低熔化温度的金属的蒸汽，触头的磨损，以及金属微粒在切断腔室内部的散布。
[0011]在电弧触头之间形成的电弧的持续时间比开关电弧的持续时间要长得多。在电弧触头之间形成的电弧持续几毫秒至几十毫秒。开关电弧的持续时间不超过大约2毫秒。在电弧触头上使用具有高熔化温度的非合金金属的覆层意味着电弧的能量易于通过传导传递到承载所述覆层的电弧触头，其中所述电弧触头一般由铜制成。承载体因而受到损坏。
[0012]在专利申请EP I 837 889中，可动常设触头呈中空柱体的形式，固定常设触头由两个同轴中空柱体形成。在闭合位置，可动触头被插入到固定常设触头的两个同轴柱体之间。所述两个同轴柱体相对于彼此横向偏移，当处于断开位置时，外柱体比内柱体更靠近于可动常设触头。在闭合位置中，可动常设触头的外表面和外柱体的内表面不产生机械接触；在两者之间产生有空间。
[0013]可动触头在内部终止于接触凸缘，并且可动触头在外部覆有位于凸缘周围的耐侵蚀材料。在闭合位置，凸缘与内柱体的外表面机械接触和电接触。
[0014]外柱体在其端部处在内部覆有耐侵蚀材料。
[0015]这种构造也不是令人满意的。由于固定常设触头的两个柱体，所述构造是费用高昂的、庞大的并且笨重的。还存在有凸缘和内柱体的外表面之间的接触受磨损的风险以及金属微粒排放到切断腔室中的风险。使用两个固定常设触头需要将它们相对于彼此精细地调节，以便使外触头以吸引电弧的方式相对于内触头凸出。所述精确调节是不容易的。
【发明内容】
[0016]本发明的目的是提供一种不会产生上述缺点的用于接通和/或切断高压或中压电流的装置。
[0017]本发明的目的具体地为提供这样一种用于接通和/或切断电流的装置，该装置由于其常设触头的减少的磨损而具有增长的寿命而并不增大其尺寸、重量或成本。
[0018]本发明的另一目的是减小用于接通和/或切断电流的装置中常设触头的机械脆性，而并不增大其尺寸、重量或成本。
[0019]本发明的附加的目的是使这样的用于接通和/或切断电流的装置比现有技术更长时间地保持触头的质量。
[0020]本发明的另一附加的目的是限制这样的用于接通和/或切断电流的装置的切断腔室中的电弧产生。
[0021]本发明的又一附加的目的是使用于接通和/或切断电流的装置具有常设触头并且具有减少的开关时间，使在主电路的终端处的起弧电压减小，以及当电弧产生时使在主电路中流通的电弧电流减小。
[0022]为了实现这些目的，本发明更精确地提供了一种用于接通和/或切断电流的装置，所述装置包括一对常设触头，所述常设触头中的至少一个常设触头是可动的。所述一对常设触头中的至少一个常设触头包括具有自由端部的主要部分和固定到所述主要部分的自由端部上的端部保护部分；所述端部保护部分被设计成仅在断开或闭合所述一对常设触头的操作期间与所述一对常设触头中的另一常设触头机械接触和电接触，所述端部保护部分由单一过渡金属制成，其中，所述过渡金属具有严格比所述端部保护部分所固定于其上的主要部分的熔化温度高的熔化温度，或者由这种金属的氧化物制成，或者由这种金属的碳化物制成，或甚至由氧化锌制成。
[0023]当所述主要部分由可能覆有银的铜、铜合金或铝制成时，所述过渡金属优选地选自:鹤、钥、钻、钦、错、络或镇。
[0024]所述端部保护部分可以呈所述主要部分的自由端部的表面上的覆层的形式。
[0025]所述覆层优选地具有介于大约50微米(μπι)至300 μm的范围内的厚度。
[0026]在变型中，端部保护部分可以呈通过螺钉紧固件或粘合剂紧固到所述主要部分的自由端部上的端部件的形式。有利地，所述端部件为实体。
[0027]可以设想的是，所述主要部分由组装到一起的多个相继元件形成，所述多个相继元件中的一个元件形成了所述主要部分的自由端部。
[0028]设置有所述端部保护部分的所述常设触头可以大致采用中空柱体的形式。
[0029]在变型中或通过组合，设置有所述端部保护部分的所述常设触头采用设置有多个指状体的环套的形式。
[0030]根据本发明，用于接通和/或切断电流的装置可以进一步包括至少一对电弧触头O
[0031]所述用于接通和/或切断电流的装置可以为断路器、断开器、开关、接触器。
【附图说明】
[0032]通过阅读仅作为示例并且以非限制性方式给出的实施例的描述并且参照附图，可以更好地理解本发明，在附图中:
[0033]图1A在纵向截面中示出了本发明的装置的示例，其中该装置用于在断开一对常设触头的操作过程中接通和/或切断电流，图1B至图1C示出了该装置的常设触头的变型；以及
[0034]图2示出了用于接通和/或切断电流的装置的等效电路图。
[0035]在下面描述的各个附图中相同、相似或等效的部分带有相同的附图标记，以便有助于从一个附图转移到另一附图。
[0036]附图中示出的不同部分未必按相同比例示出，以便使附图能够被更容易地阅读。
[0037]在图1A至图1C中，出于清楚的目的，仅在常设触头上绘制有剖面线。
【具体实施方式】
[0038]图1A在纵向截面中示出了作为本发明的主题的用于接通和/或切断电流的装置的示例的电流切断腔室。可以假定用于接通和/或切断电流的该装置为高压断路器，但应当自然地理解到的是，该装置可以是任何其它类型的高压或中压设备，比如在上文中提及的那些设备。在下文中，术语“断路器”以非限制性的方式使用。
[0039]该断路器包括由沿着纵向轴线XX’延伸的绝缘壳体2限定的电流切断腔室1，其中该腔室是密封的并且填充有诸如六氟化硫之类的介电流体。该绝缘壳体2容纳有一对常设触头3、4，所述一对常设触头3、4中的一个触头能够在杆(未示出)的作用下沿着纵向轴线XX’运动，并且所述一对常设触头3、4中的另一触头是固定的。可动常设触头带有附图标记3，而固定常设触头带有附图标记4。
[0040]该壳体还容纳有一对电弧触头5、6，所述一对电弧触头5、6中的一个触头能够沿着纵向轴线XX’运动。可动电弧触头带有附图标记5，而另一电弧触头带有附图标记6。可动常设触头和可动电弧触头彼此固定，因此它们在断路器的断开或闭合操作期间同步地运动。上述断路器为自压缩式断路器并且该断路器还包括具有孔口的灭弧喷嘴7，该孔口由所述另一电弧触头6封闭。
[0041]应当指出的是在变型中，所述一对常设触头中的两个触头都能够运动而不是仅一个触头能够运动。以相同的方式，一对电弧触头中的两个触头都能够运动而不是仅一个触头能够运动。
[0042]在所描述的示例中，可动电弧触头5围绕固定电弧触头6，而可动常设触头3由固定常设触头4围绕。可动常设触头3呈中空柱体的形式。固定常设触头4呈环套的形式，其中，环套设置有朝向可动常设触头5伸出的指状体。
[0043]在图1A中描述的示例中，断路器处于断开的过程中，但所述一对常设触头和所述一对电弧触头都仍然是闭合的。
[0044]额定电流的路径被建立在所述一对常设触头中的两个常设触头3、4之间，所述两个常设触头3、4相互机械接触并且电接触。这就是所述两个触头被认为是常设的原因。所述一对电弧触头中的电弧触头5、6同样相互机械接触并且电接触。在操作中，所述一对常设触头首先断开。在常设触头3、4分离时，常设触头3、4之间产生电弧。然后，电流流经仍然闭合的所述一对电弧触头。当电弧触头5、6分离时，电弧触头5、6之间产生电弧。介电气体被强力地加热并且壳体内部的压力增大。由于介电流体压缩的作用，冷气流吹动到电弧上并且将电弧熄灭。
[0045]在高压断路器中，经由常设触头在主电路中流通的额定电流通常小于5千安(KA)，而在相同电路中流通的默认电流通常约为