断路设备的制作方法

1.本公开总体涉及断路设备。特别地，提供了一种用于中断电流的断路设备。


背景技术：

2.传统断路设备会打开两个触头之间的间隙，同时通过建立电压来熄灭所点燃的电弧。在一些类型的断路设备中，分离的触头之间的电弧被引导到位于灭弧室内的多个分流板的堆叠布置。分流板通常基本彼此平行布置，并且在每对相邻分流板之间形成空间。灭弧室可以充满空气、气体或其他流体。
3.当电弧被点燃时，电弧会撞击分流板的边缘，并且被分成几个弧段。理想情况下，电弧进入分流板，并且弧段停留在分流板区域内，直到电流被中断。然后，电弧被熄灭。
4.us 4562323 a公开了一种开关设备，其包括装置，该装置用于控制触头的分离并且用于在触头断开期间在触头之间插入电绝缘屏蔽。该屏蔽与由基本封闭的电弧室的壁形成的电绝缘表面配合，用于剪切触头之间的电弧。
5.gb 1201100 a公开了一种电开关，其包括弹性触头簇、固定柱形触头、以及绝缘材料环，该绝缘材料环可沿轴向方向移动以将固定触头与弹性触头分离。
6.us 3425017 a公开了一种电流传感器，其包括接触指、向内延伸的环形接触部分、金属张力管、以及形成在金属张力管的一端的绝缘内层。


技术实现要素：

7.本公开的一个目的是提供一种用于中断电流的断路设备，该断路设备具有较高的故障电流分断能力。
8.本公开的另一目的是提供一种用于中断电流的断路设备，该断路设备提供电流的快速中断。
9.本公开的另一目的是提供一种用于中断电流的断路设备，该断路设备提供电流的可靠中断。
10.本公开的又一目的是提供一种用于中断电流的断路设备，该断路设备紧凑。
11.本公开的又一目的是提供一种用于中断电流的断路设备，该断路设备便宜。
12.本公开的又一目的是提供一种用于中断电流的断路设备，该断路设备可以在宽电压范围内操作。
13.本公开的又一目的是提供一种用于中断电流的断路设备，该断路设备能够有效降低持续电弧的风险，例如防止复燃。
14.本公开的又一目的是提供一种用于中断电流的断路设备，该断路设备可以多次用于中断电流。
15.本公开的又一目的是提供一种用于中断电流的断路设备，该断路设备组合解决上述目的中的几个或全部目的。
16.根据一个方面，提供了一种用于中断电流的断路设备，该断路设备包括导电的外
部构件；导电的内部构件，其相对于分断轴线被径向布置在外部构件的内侧；以及电绝缘或半导电的分断管，其相对于分断轴线被径向布置在外部构件与内部构件之间，该分断管被布置为沿着分断轴线从起始位置移动到突出位置，在突出位置中，分断管从外部构件内的空间突出，用于借助于分断管中断外部构件与内部构件之间的电流。
17.尽管内部构件相对于分断轴线被径向布置在外部构件的内侧，但是内部构件可以沿着分断轴线与外部构件对齐，或者可以不沿着分断轴线与外部构件对齐。即，内部构件可以被布置在外部构件内，或者可以不被布置在外部构件内。
18.在内部构件被布置在外部构件内的情况下，空间可以形成在外部构件与内部构件之间。在外部构件和内部构件沿着分断轴线偏移的情况下，空间可以形成在外部构件内。在任何情况下，内部构件相对于分断轴线被径向布置在外部构件与内部构件之间。
19.分断管在外部构件与内部构件之间提供电势垒。由于分断管的管状形状，所以电弧可以通过分断管从起始位置到突出位置的移动来有效捕获。
20.随着分断管从起始位置移动，内部构件与外部构件之间的电弧路径被加长。当分断管已经开始从起始位置移动时，分断管迫使电弧从内部构件经过分断管的突出端并且到达外部构件。因此，当从起始位置移动时，分断管会延长电弧的长度。电弧由此通过分断管从起始位置的移动而受到应力。电弧路径的延长长度最终导致电弧被熄灭。由此，可以断开包括断路设备的电路。因此，分断管的起始位置和突出位置可以分别与断路设备的闭合位置和断开位置相对应。
21.在内部构件被布置在外部构件内的情况下，分断管迫使电弧沿着分断轴线从起始位置延伸超过分断管的轴向过渡的至少两倍长度。断路设备由此可以通过电弧的特别有效的延伸来提供电流的中断。延伸是有效的，因为当分断管沿着分断轴线从起始位置移动超过分断管距离时，外部构件与内部构件之间的电弧路径以分断管距离的至少两倍的距离延伸。因此，可以快速建立电压。
22.因此，断路设备可以通过分断管的突出和电弧路径的相应延伸来分断或中断电流。电弧在分断管沿着分断轴线的确切位置熄灭取决于断路设备的具体配置以及所施加的电流和电压。分断管不必一直移动，例如对着端部，以分断电流。突出位置可以是分断管从空间突出的位置，使得外部构件与内部构件之间的电弧路径在分断管的突出部分上延伸，使得电弧被熄灭。
23.因为断路设备包括分断管，所以断路设备构成管状断路器。断路设备可以用于ac应用和dc应用，例如在低压范围和中压范围内。断路设备可以是有源的或无源的(即除了来自所应用的电路源之外，无需辅助功率)。根据本公开的断路设备例如可以实现为开关设备、功率设备、换向开关、隔离开关、无源dc断路器、无源ac断路器、负载开关、或限流器。
24.分断管还可以被布置为沿着分断轴线从突出位置向后移动到起始位置。断路设备可以被配置为多次中断电流。
25.分断管可以例如由pom(聚甲醛)或其他塑料材料制成。备选地，分断管可以由氧化锌制成。分断管可以是电绝缘的或半导电的，并非是导电的。
26.内部构件可以被连接到电路的内部电触头，而外部构件可以被连接到电路的外部电触头。外部构件和内部构件可以具有各种形状，例如管、棒或杆。外部构件和内部构件可以具有相同类型的形状或不同类型的形状。
27.外部构件和/或内部构件可以是导电管。根据一个示例，外部构件和内部构件中的每个构件都是导电管。
28.外部构件、内部构件和分断管可以与分断轴线基本同心或同心。在这种情况下，形成了三轴断路设备。
29.根据一个示例，外部构件包括外部构件端，而内部构件包括内部构件端，内部构件被布置在外部构件内，并且外部构件端和内部构件端基本对齐，或沿着分断轴线对齐。在这种情况下，分断管可以在突出位置中沿着分断轴线延伸超过外部构件端和内部构件端。
30.断路设备还可以包括致动器，该致动器被布置为迫使分断管从起始位置到突出位置。致动器例如可以是线性致动器或弹道致动器，诸如汤姆森(thomson)驱动器。在任何情况下，致动器例如可以是电磁式或气动式。线性致动器连续控制分断管的移动，而弹道致动器提供分断管的弹道移动。分断管的快速致动提供了电压的快速增加，并且改善了断路设备的性能。
31.断路设备还可以包括灭弧室，并且分断管可以被布置为至少部分位于灭弧室内侧的突出位置中。灭弧室可以充满空气、气体或其他流体。
32.外部构件端和内部构件端中的每个构件端可以邻接电弧室内的体积。由此，当分断管移动进入灭弧室时，电弧无处可逃。
33.断路设备还可以包括至少一个电弧限制构件，该至少一个电弧限制构件被布置在灭弧室内。备选地，断路设备可能根本不包括任何电弧限制构件。
34.分断管可以被布置为通过沿着分断轴线从起始位置移动到突出位置而移动经过至少一个电弧限制构件。以这种方式，电弧可以迫使到至少一个电弧限制构件。
35.当分断管处于突出位置时，至少一个电弧限制构件可以相对于分断轴线位于分断管的径向外侧和/或径向内侧。位于分断管的径向内侧的每个电弧限制构件(诸如内部分流板)可以包括一个或多个通孔。
36.至少一个电弧限制构件可以包括至少一个分流板和/或至少一个电弧冷却体，诸如由除气材料制成的板或中空体。至少一个分流板可以由金属或钢制成。
37.根据一个示例，断路设备包括多个分流板，这些分流板在灭弧室内被布置成堆叠。分流板可以是外部分流板，即(相对于分断轴线)位于分断管的径向外侧的分流板。备选地或附加地，分流板可以是内部分流板，即(相对于分断轴线)位于分断管的径向内侧的分流板。
38.根据备选变型，电弧室可以是空置的，即不包括任何电弧限制构件。没有分流板或没有任何电弧限制构件的断路设备还可以中断外部构件与内部构件之间的电流。
39.灭弧室还可以包括至少一个排气开口，用于当分断管已经从起始位置移动时，对灭弧室内的容积进行排气。至少一个排气开口可以例如由通孔和/或通槽构成。一旦分断管开始从起始位置移动，就通过至少一个排气开口进行排气。
40.至少一个排气开口可以包括至少一个轴向排气开口，用于当分断管已经从起始位置移动时，对灭弧室内和分断管内的体积进行排气。备选地或附加地，至少一个排气开口可以包括至少一个径向排气开口，用于当分断管已经从起始位置移动时，对电弧室内和分断管外的体积进行排气。
41.断路设备还可以包括端部，并且分断管可以被布置为在突出位置中抵靠端部安
置。端部可以界定灭弧室。当分断管抵靠端部安置时，电弧无处可逃，并且任何剩余电流都会被切断。分断管抵靠端部的安置提供了电弧猝熄效果。被布置为在突出位置中抵靠端部安置的分断管使得灭弧室设计更为紧凑或无需专用灭弧室即可使用。
42.端部可以包括密封件。分断管的尖端由此可以密封地接纳在端部的密封件中。备选地，分断管简单击中端部。
43.端部可以包括槽，该槽用于在突出位置中接纳分断管。分断管的槽和尖端可以被设计为使得分断管不会在槽中弹跳。由此，可以可靠防止发生任何剩余电流。例如，槽的形状和分断管的尖端可以基本匹配或匹配，例如每个都具有锥形形状或弯曲形状。
44.端部可以是电绝缘的。备选地，端部可以是半导电的或导电的。端部可以例如由绝缘烧蚀材料、pom或其他塑料材料制成。
45.断路设备还可以包括触头布置，该触头布置被配置为选择性地将外部构件和内部构件电气地断开连接。触头布置可以例如包括一个或多个触头指。当触头布置将外部构件和内部构件电气地断开连接时，电弧在外部构件与内部构件之间点燃。
46.触头布置的操作可以与分断管的移动相关联，或与分断管(例如直接或经由连杆)机械关联，与致动器机械关联，或借助于分段管和触头布置的同时控制来关联。
47.触头布置可以被配置为在分断管从起始位置向突出位置移动期间将外部构件和内部构件电气地断开连接。当从起始位置向突出位置移动时，分断管可以推动或以其他方式致动触头布置，以将外部构件和内部构件电气地断开连接。因此，在这种情况下，分断管用作断开管。这种触头布置的一个示例是冠状触头，该冠状触头通过穿透分断管而自动断开。
48.备选地，可以在发起分断管的行进的同时以其他方式致动触头布置。即，触头布置不一定必须通过移动分断管来致动。相反，触头布置可以单独提供，并且与分断管的操作同步。
49.触头布置可以在外部构件和内部构件的各个不同点处提供电连接。例如，触头布置可以在电气地断开连接之前提供外部构件端与内部构件端之间的电连接。
附图说明
50.本公开的其他细节、优点和方面将根据以下结合附图的实施例变得显而易见，其中：
51.图1：示意性地表示断路设备的立体视图；
52.图2：示意性地表示图1中的断路设备的横截面侧视图；
53.图3：示意性地表示图2中的分断管处于起始位置的断路设备的局部放大视图；
54.图4：示意性地表示图2中的分断管处于突出位置的断路设备的局部放大视图；
55.图5：示意性地表示图2中的分断管处于其他突出位置的断路设备的局部放大视图；
56.图6：示意性地表示断路设备的另一示例；以及
57.图7：示意性地表示断路设备的另一示例。
具体实施方式
58.在下文中，将对用于中断电流的断路设备进行描述。相同的附图标记用于表示相同或相似的结构特征。
59.图1示意性地表示被配置为中断电流的断路设备10的立体视图。断路设备10可以用于ac应用和dc应用，例如，在低压范围和中压范围内。
60.该示例的断路设备10包括端部12以及形成灭弧室16的壁14。断路设备10还包括外部电触头18和内部电触头20。多个轴向排气开口22形成在端部12中，而多个径向排气开口24形成在壁14中。端部12和壁14可以例如由诸如pom和/或聚甲基丙烯酸甲酯(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)之类的电绝缘材料制成。
61.图2示意性地表示图1中的断路设备10的横截面侧视图。在图2中，断路设备10被布置在外部壳体26内。灭弧室16可以填充有空气、气体、或其他流体。
62.断路设备10包括导电的外部构件28、导电的内部构件30、以及分断管32。因此，断路设备10可以被称为管状断路器。分断管32可以由诸如pom或其他塑料材料之类的绝缘材料制成，或由半导电材料制成。该示例的分断管32具有圆形横截面。
63.分断管32与分断轴线34同心。在图2中，分断管32处于起始位置36。分断管32被配置为沿着分断轴线34从起始位置36移动(图2中向上)。
64.内部构件30相对于分断轴线34被径向布置在外部构件28内部。分断管32相对于分断轴线34被径向布置在外部构件28与内部构件30之间。在外部构件28内限定了空间38，而分断管32被布置在该空间38中的起始位置36中。
65.如图2所示，外部构件28被连接到外部电触头18，而内部构件30被连接到内部电触头20。断路设备10还包括触头布置40。触头布置40被配置为选择性地将外部构件28和内部构件30电气地断开连接。
66.在该示例中，外部构件28和内部构件30中的每个构件是与分断轴线34同心的导电管。外部构件28和内部构件30中的每个构件都具有圆形横截面。因此，图2中的断路设备10是三轴断路设备。然而，外部构件28和内部构件30中的一个或多个内部构件可以采用除了管之外的形状。
67.断路设备10还包括致动器42。致动器42可以具有各种类型，以便迫使分断管32远离起始位置36。在图2中，致动器42被例示为形式为汤姆森驱动器的弹道致动器。致动器42包括汤姆森线圈44、衔铁46、衔铁松弛垫48、以及致动器管50。汤姆森线圈44和衔铁46被布置为向分断管32的弹道移动提供能量。
68.断路设备10还包括多个分流板52、54。分流板52、54构成根据本公开的电弧限制构件的示例。断路设备10可以包括附加类型的电弧限制构件、备选类型的电弧限制构件、或根本没有电弧限制构件。
69.断路设备10还包括底部56。端部12、壁14和底部56界定灭弧室16。
70.轴向排气开口22和径向排气开口24中的每个排气开口都由通孔构成。轴向排气开口22从灭弧室16的内部延伸并且穿过端部12。径向排气开口24从灭弧室16的内部延伸并穿过壁14。排气开口22、24被配置为当分断管32开始从起始位置36移动时，对灭弧室16内的体积进行排气。
71.该示例的端部12还包括密封件58和形成在密封件58中的槽60。槽60是环形的并且
相对于分断轴线34同心。
72.图3示意性地表示图2中的断路设备10的局部放大视图。断路设备10包括外部分流板52和内部分流板54。所有分流板52、54相对于分断轴线34同轴布置。每个内部分流板54包括通孔62。
73.分流板52、54可以由金属或钢制成。分流板52、54在灭弧室16内被布置成堆叠。然而，分流板52、54的数目和配置可以发生变化。
74.如图3所示，外部构件28和内部构件30大致沿着分断轴线34对齐。因此，内部构件30不仅被径向布置在外部构件28内侧，而且被布置在外部构件28内。因此，在该示例中，空间38被限定在外部构件28与内部构件30之间。
75.外部构件28包括外部构件端64，而内部构件30包括内部构件端66。外部构件端64和内部构件端66通常沿着分断轴线34对齐。外部构件端64和内部构件端66中的每个构件端与灭弧室16相邻定位。该示例的触头布置40包括铰接到外部构件端64的多个导电指。
76.此外，如图3所示，槽60在端部12中形成塞68和柱体70。在该示例中，塞68和柱体70的下端齐平。然而，塞68备选地在柱体70下方延伸到电弧室16中。
77.图4示意性地表示图2中的分断管32处于突出位置72的断路设备10的局部放大视图。因此，分断管32已经借助于致动器42沿着分断轴线34从如图2和图3所示的起始位置36移动到如图4所示的突出位置72，在突出位置72中，分断管32突出到灭弧腔室16中。
78.在分断管32从起始位置36移动到图4中的突出位置72期间，分断管32推动触头布置40从图2和图3中的电连接状态进入图4中的电气地断开连接状态。由此，外部构件28与内部构件30电气地断开连接，并且电弧在外部构件28与内部构件30之间点燃。然而，使用分断管32作为根据图4的“推动管”只是借助于触头布置40将外部构件28和内部构件30电气地断开连接的几种方式中的一种方式。
79.当分断管32的尖端已经移动进入灭弧室16但尚未到达分流板52、54时，分断管32可以中断所谓的临界电流(即远低于额定电流的电流)。在标准设计中，临界电流电弧可能无法到达分流板封装。
80.电弧在灭弧室16内生成过压。过压借助于排气开口22、24释放。此外，当分断管32开始移动时，立即通过排气开口22、24对灭弧室16进行排气。
81.分断管32在内部分流板54的径向外侧和外部分流板52的径向内侧移动。随着电弧通过分流板52、54连接，分流板52、54建立一系列阳极
‑
阴极电压阶跃。随着分断管32移动到灭弧室16中，电弧在分断管32外侧的分流板52与分断管32内侧的分流板54之间分流。由此，分流板52、54捕获并冷却电弧。
82.在图4中的突出位置72，分断管32从外部构件28内的空间38突出，并且在外部构件28与内部构件30之间形成电势垒。分断管32延伸超出(图4中向上)外部构件端64和内部构件端66。
83.电弧被迫从内部构件30移动，越过分断管32的突出端，并且返回到外部构件28。由此，分断管32延长了外部构件28与内部构件30之间的电弧路径，并且迫使电弧越过该延伸长度。
84.从图4中可以看出，电弧路径的距离增加的速度至少是分断管32的移动速度的两倍。即，分断管32迫使电弧延伸至少两倍于分断管32从起始位置36到突出位置72的轴向过
渡的长度。在一些实现中，图4中的突出位置72中电弧的这种应力使得电弧被熄灭。由此，图4中的突出位置72构成了分断管32的一个位置，用于借助于分断管32中断外部构件28与内部构件30之间的电流。
85.内部分流板54的通孔62允许气体在分断管32内逸出，因此释放压力。径向排气开口24允许气体从电弧室16流出并且在分流板52、54之间轴向分布电弧电压。分流板52、54相对于分断轴线34的同心度有利于形成电弧进入分流板52、54。因此，分流板54中的通孔62、径向排气开口24和轴向排气开口22允许电弧移动，并且避免电弧室16内的压力过大。
86.图5示意性地表示图2中的分断管32处于其他突出位置72的断路设备10的局部放大视图。在图5中，分断管32已经沿着分断轴线34移动经过分流板52、54，并且已经紧靠端部12安置。
87.如图5所示，槽60的形状与分断管32的尖端的形状基本匹配。因为槽60形成在密封件58中，所以分断管32的尖端可靠地在槽中60被接纳并且防止分断管32弹跳。当分断管32的尖端接纳在槽60中被接纳时，电弧被切断并且电流被熄灭。
88.然后，分断管32可以从图5中的突出位置72返回到起始位置36以重新使用断路设备10。返回移动可以例如手动或借助于致动器42进行。
89.断路设备10的耐压能力主要取决于分断管32的行程长度。断流能力主要取决于分断管32承受电弧压力的强度。行程的长度、分断管32的速度、分断管32的厚度和长度等可以根据实现方式而发生变化。
90.断路设备10已经被原型化并且被证明能够以5a至6ka的电流成功中断100v至10kv范围内的dc电流。原型化还证明断路设备10可以在高达2kv的电压下多次中断电流。此外，原型化证明了可以减小灭弧室16的长度和直径，而不会显著改变性能。此外，没有分流板52、54的断路设备10的原型也能够成功中断电流。
91.图6示意性地表示断路设备10的另一示例。对相对于图1至图5的主要差异进行描述。图6中的断路设备10包括多个外部分流板52、多个内部分流板54和多个电弧冷却体74。每个分流板52、54和每个电弧冷却体74构成根据本公开的电弧限制构件。当采用突出位置72时，每个电弧冷却体74可以位于分断管32的径向外侧和/或径向内侧。
92.电弧冷却体74中的两个电弧冷却体体现为板，并且电弧冷却体74中的两个电弧冷却体体现为中空构件，其包括电弧冷却室76。电弧冷却体74的功能是冷却电弧。因为电弧冷却体74(甚至在熔点或蒸发点处)的温度低于电弧的温度，所以每个电弧冷却体74用作散热器。提供电弧冷却体74可以进一步提高断路设备10的性能。
93.每个电弧冷却体74可以由诸如塑料、陶瓷、半导电材料或气体烧蚀材料或除气材料之类的非金属材料制成。除气材料的示例是各种聚合物，诸如pom。此外，每个电弧冷却体74可以具有线性电特性或非线性电特性。
94.电弧冷却室76可以包括排气开口(未示出)。由此，电弧冷却室76可以起到累积电弧所生成的压力波的作用。在一些低电压实现方式中，仅包括一个分流板52、54和仅一个电弧冷却体74的断路设备10可能就已足够。
95.图7示意性地表示断路设备10的另一示例。对相对于图1至图6的主要差异进行描述。此外，在图7中，内部构件30相对于分断轴线34被径向布置在外部构件28内侧。然而，内部构件30从相对侧(从图7中的上方)延伸穿过灭弧室16。因此，内部构件30和外部构件28沿
着分断轴线34偏移，并且内部构件30没有被布置在外部构件28内。
96.此外，在图7的示例中，分断管32相对于分断轴线34被径向布置在外部构件28与内部构件30之间，并且分断管32被布置为沿着分断轴线34从起始位置36移动到突出位置72，在突出位置72中，分断管32从外部构件28内的空间38突出，用于借助于分断管32来分断外部构件28与内部构件30之间的电流。
97.虽然已经参考示例性实施例对本公开进行了描述，但是应当理解的是，本发明不限于上文已经描述的内容。例如，应当理解的是，部件的尺寸可以根据需要发生变化。