[发明专利]高性能电路断路器

说明书

本发明涉及电设备的技术领域，更具体地涉及如权利要求1的前序中限定的电路断路器。

在现代电能分配设施中，强烈感觉到对具有电路断路器(其提供适当的设施选择性的特性)的设施的需求。电能分配设施的选择性是必要的，以在故障的情况下尽可能地保证该设施中的最大服务连贯性。事实上，在配电网络中发生故障之后，例如在短路的情况下，电网中形成的过流会影响包括在能量分配点(通常为中/低压变压器)与故障之间的这部分设施中的所有断路器。

因此，为了保证设施的最大服务连贯性并且为了最大程度地延长断路器的技术寿命，需要快速地把故障与紧接着位于故障上游的例如自动操作类型的断路器隔离，并且要求甚至在故障生成高过流时，位于更高级别(即，针对该断路器的更上游)的断路器也保持各电触头处于闭合位置。以这种方式，对于不受故障影响的电网分支而言事实上保证了服务连续性。

在此情况下，应注意在以上所述类型的电能分配设施中，通常使用塑壳电路断路器(molded case electric circuit breaker)，其包括通常由固定的和可移动的导电垫构成的固定的和可移动的电触头。在这些断路器中，固定垫被设置在与断路器的外绝缘壳一体化的各支撑元件上，而可移动垫被设置在固定到触头承载轴的各支撑元件上。可借助适当的致动机构来操作该轴，以使可移动垫处于与断路器的断开和闭合状态对应的各操作位置。关于可移动垫，具体而言，这些可移动垫并未固定到触头承载轴，而是以维持关于该轴的残余移动能力的方式被支撑。在此，其目的在于补偿断路器的固定垫之间的不可避免的失准和/或固定垫和可移动垫的磨损导致的间隙。因此，以这种方式实现了断路器的固定垫和可移动垫之间的适当的接触。

然而，具有以上所述构造的塑壳断路器具有保证断路器的固定垫和可移动垫之间的适当电接触的相当低的电流值上限。实践中，这样的断路器不能抵抗由电网的其它部分中的故障所引起的高过流。

事实上，当电流穿过断路器时，生成强度随电流增加而增加的电动排斥力，该电动排斥力会使可移动垫与固定垫分离。通过设置在触头承载轴与可移动垫的支撑元件之间的合适的压缩弹簧，来抵消断路器垫之间的这样的电动排斥力，直到达到预定的电流极限值，以保证可移动垫的正确定位以及可移动垫与固定垫之间的适当的接触力。在大于所述极限值的电动排斥力的情况下，出现不希望的固定垫与可移动垫之间的分离。甚至当通过对应的致动机构把触头承载轴保持在固定位置时，由于如上所述的可移动垫可关于触头承载轴移动这一事实，也允许这样的分离。

用于改进电路断路器的选择性特性(即，用于增大由于相互排斥而引起固定垫与可移动垫之间的分离现象发生的电流阈值)的现有技术的方案基本上基于以下两种技术：

-通过增强压缩弹簧来增大可移动垫和固定垫之间的机械压力；

-通过对可移动垫使用对断路器的每个极而言并联连接的多个支撑元件来增加断路器的每个极的电触头表面的数量。

然而，以上所述两种技术具有以下缺点：其导致现有技术的塑壳断路器的性能达不到本领域中当前所需的性能。

事实上，在第一种情况下，增大可移动垫和固定垫之间的接触力必然需要增大致动机构所需的用以压缩压缩弹簧的力、从而需要增大作用在断路器的控制杆上的用以驱动以上所述致动机构的力。由于断路器的致动通常是手动操作，因此可知，可施加在固定垫和可移动垫上的力存在由于使用者控制断路器的实际可能性而强加的上限。

在第二种情况下，把可移动垫的支撑元件分成多个部分的做法允许在多个接触区域上分配电流，由此减小每个单独可移动垫的排斥阈值。因此，对断路器的单个极的整体作用是提高了整组可移动垫的排斥阈值。然而，还是在此情况下，存在由于断路器的尺寸和控制断路器所需的力而导致的约束。事实上，增加可移动垫的支撑元件的数量一方面引起断路器的尺寸增大，而另一方面引起维持固定垫上的可移动垫的适当压力所需的针对每个极的总力增大。

以上所述缺点导致现有技术的塑壳断路器不能够维持可移动垫和固定垫之间的电流值高达约20[kA](千安培)的适当的接触。具体地，这样的极限在选择性方面绝对不适于现代电设施的要求。因此，在现代电设施中，为了实现更高的选择性值，目前需要使用通常被称为“空气断路器”的断路器。这样的其特征在于包括用于累积弹性能量的机构的断路器实际上维持了足够高的力以用高负载压缩所述压缩弹簧，从而维持了各垫之间的电流高达约100kA的适当的接触。然而，空气断路器的特征在于高尺寸和成本，并且其安装复杂度相对于以上所述类型的塑壳断路器而言更高。