[发明专利]配电开关设备断路器

说明书

技术领域

本发明涉及配电开关设备断路器，其特别适用于中等电压或高电压配电开关设备。

背景技术

中等电压断路器的主要元件为断路元件，其呈真空室或SF6极、促动器、运动链的元件和连接元件(称为触头臂)的形式。触头臂的基本功能是一方面确保断路器的端子之间的电接触，并且在另一方面，确保配电开关设备的母线条和电缆之间的电接触。配电开关设备的触头臂和整个装备两者必须运行成使得在相关标准限定的条件下没有过度的过热，并且确保配电开关设备的相和接地元件之间的电绝缘。因为在其中流动的电流值高，所以中等电压和高电压装备中产生大量热，这可导致装备由于过热而出故障。考虑到这一点，这种装备的许可最高温度由相关标准规定。这个类型的设备中的主要热源是具有最高电阻的点，诸如安装在中等电压断路器中的断路元件，例如真空室或SF6极。在诸如真空室的断路元件内部的显著热源是触头，由于在真空中缺乏对流，并且触头相对于开关设备电流路径的其它构件而尺寸最小，所以仅通过电流路径的元件的热传导且部分地通过对真空室的壁的辐射来冷却触头。非常常见的是，真空室封装在树脂或热塑性材料中，这另外降低通过辐射带走热的能力。真空室或SF6极是中等电压断路器的基本构件，因此需要对它们进行快速和可靠的冷却。具有厚壁管、板、杆等的形状的标准的触头臂由低电阻材料制成，例如铜或铝。另外，它们必须覆盖有提供电绝缘的一层材料，以防止相与相之间以及相和接地元件之间的击穿。在电缆连接件隔室和母线条隔室中的断路器和电缆借助于触头臂与配电开关设备断路器电连接。触头臂和电缆的连接部位于由电绝缘材料制成的壳体(称为“管口(spout)”)中。触头臂和三个相中的各个的电缆之间的连接部位于单独的“管口”中，该管口可位于单独的支架上或三个相的公共的支架上。因为在单独的相之间需要电绝缘，所以触头臂在它们的长度的大部分上位于已经提到的壳体内部，使得仅大约臂的长度的大约三分之一在壳体的外部。这种设计导致触头臂的外部尺寸有限。流过触头臂的大电流产生热，热可另外通过热传导从配电开关设备断路器的真空室或SF6极以及从配电开关设备的其它元件(诸如母线条或连接电缆)流到臂。从触头臂的有效热传导显著影响配电开关设备断路器内部的最高温度。触头臂例如制造成金属厚壁管的形式，其包含纵向通孔。管的整个表面覆盖有绝缘材料层。厚壁管的中心通孔用来通过这个孔引入适当的键。借助于这个键，触头臂附连到位于断路器的真空室或SF6极中的电气端子上。纵向孔增大将热传导到周围冷却介质(例如空气)的热交换表面，但是同时，它们限制臂的横截面的表面，并且使电流的流阻增大，因而促进增大产生的热的量。在壳体在尺寸方面的限制导致不可能显著增大触头臂的直径，这将限制它们的散热，将增大用于将热带走的表面，并且将允许增大许可电流值。因此需要使用改进设计的触头臂，这将保持几何结构限制，将增大带走热的能力，并且从而将还允许增大流过触头臂的壳许可电流的值。没有已知的解决方案同时允许满足位于绝缘壳体中(即在喷口中)的触头臂的这些条件。

根据欧洲专利EP1403891，知道一种断路器，其具有填充有绝缘气体的起弧室，起弧室沿着纵向轴线延伸。断路器配备有偏转装置，其与空心触头臂中的开口相互作用。空心触头具有金属管的形式，在其端部上具有用于热气的径向开口。空心触头臂的端部在其端部上由偏转装置封闭，偏转装置与断路器的电气端子连接。偏转装置布置在触头的背离电弧区域的侧，以便热气沿径向偏转到触头臂的外部的排气空间中。

已知金属散热器安装在电流管道上，以便实现快速和可靠的冷却。但是，金属散热器布置在配电开关设备内部，有时导致在配电开关设备内部有电场干扰，并且可导致在单独的传导元件之间的击穿。

还已知由热塑性材料制成的散热器，其安装在配电开关设备中的母线条上。并且，欧洲申请EP2280460描述了一种意图用于配电开关设备的绝缘散热器，其是包括基板的注射模制件，相同或不同的形状的热传导元件的组件附连到基板的上部面上，并且柔性安装紧固件附连到其侧表面上。散热器由具有增加的导热性λ≥2W/mK的绝缘热塑性材料制成。散热器位于配电开关设备的电场中，并且其与至少一个母线条或/和至少一个传导母线非永久性地连接。但是， 在申请EP2280460下描述的设计的散热器不适于直接应用在触头臂上，因为它们未设计成确保它们安装到其上的元件的完全电绝缘。

发明内容