[0001] 本
申请是申请日为2006年6月6日，申请号为200680022914.1，
发明名称为“用于诸如开关或断路器的电保护装置的真空管”的在先申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种用于诸如切断开关，开关或断路器的电保护装置的真空管，所述真空管包括：由两个端板封闭的基本上为筒形的壳体；在壳体内轴向延伸的两个触点，这些触点中至少一个(可移动触点)与一操作机构相连接，并且滑动安装在可以使
电流流通的触点闭合
位置和一个触点分离并承受它们之间
电压的位置之间；以及布置在至少一个触点周围的至少一个导电屏蔽件。
背景技术
[0003] 在大多数通常使用的屏蔽设计中，触点都被具有保护绝缘部分免受金属突出部影响以及引导等电位线以防止危险的介电集中的功能的一个屏蔽件包围。该屏蔽件包围两个触点并位于两个触点的电位中间。这样，理论上，在真空管的内部和外部，电位都在两个触点之间均匀地分布。
[0004] 这样地选择在屏蔽件与触点之间的距离，使得在屏蔽件与触点之间的相互作用比触点之间的相互作用要小。这使得与触点之间存在的
电场相比，在触点和屏蔽件之间的电场被最小化。这防止了在触点和屏蔽件之间的击穿
风险。
[0005] 触点和屏蔽件之间的击穿是极其危险的，因为当这样的击穿发生时，屏蔽件暂时地达到触点的电位(是在屏蔽件上的电位的两倍)，并且外部电位的分配因为在外部绝缘的50％的长度上分配了100％的电位而
不平衡。这样的情况会恶
化成产生爆炸和火灾风险的外部击穿。文献DE10029763已经描述了一种设计成能经受得住更高电压的真空管。这些真空管包括多个陶瓷，屏蔽件被设计为放在两个连续的陶瓷之间的连接处，以介电保护三个端点并防止
金属化。在这个具体
实施例中，屏蔽件以与触点之间的距离相应的一个最优化距离包围在触点周围。
[0006] 这个类型的真空管的缺点在于它的直径较大。
[0007] 此外，应用的电压越高，触点和陶瓷的长之间的距离就必须越大。为了避免在触点和屏蔽件之间的击穿，不得不增加屏蔽件的直径。
[0008] 屏蔽件的直径的增加从开关装置单元的成本和电气操作来说是有害的。
[0009] 实际上，陶瓷的直径是与屏蔽件的直径是成比例的，这增加了额外的成本。而且，如果在真空管的周围提供了外部的绝缘，
外壳的直径同样随着真空管的直径而增加，这同样也产生了附加的成本。
[0010] 最后，在运用三相开关中的真空管的例子中，该真空管包括一屏蔽件，对于在相之间给定距离的相之间的相互作用越大，真空管的直径就越大，导致不利的电特性。
发明内容
[0011] 本发明解决了这些问题，并提出了一种具有简单设计的真空管，由此真空管的尺寸并因此其成本能显著地降低，并且可改善它们的电特性。
[0012] 为此，本发明的目的在于提供一种真空管，这种真空管的特征在于：它包括至少两个屏蔽件，所述屏蔽件包括一个插在两个触点之间的被称为中间电位屏蔽件的屏蔽件和插在所述中间电位屏蔽件和所述触点中的一个之间的被称为局部屏蔽件的至少一个屏蔽件，这样地选择所述中间电位屏蔽件和触点之间的距离，使得触点边缘存在的电场从触点指向局部屏蔽件(或反之根据电压的极性从局部屏蔽件指向触点)。
[0013] 根据本发明的具体实施例，所述真空管包括三个屏蔽件，其包括一个中间电位屏蔽件以及两个分别被称为第一和第二局部屏蔽件的局部屏蔽件，所述两个局部屏蔽件分别插在该中间电位屏蔽件和所述两个触点的各一个之间。
[0014] 根据一特定的特征，所述真空管包括三个屏蔽件，并且该绝缘外壳包括四个末端对末端地放置的陶瓷部，而三个屏蔽件分别被放置在两个相连的陶瓷部之间的三个连接处上。
[0015] 根据另一个特征，中间电位屏蔽件形成一真空管外壳的整体部分。
[0016] 根据另一个特征，中间电位屏蔽件和触点之间的距离用在触点之间的距离的百分比来表达是在25％和40％之间。
[0017] 有利地，上述距离大致为31％。
[0018] 根据另一个特征，局部屏蔽件的高度以0-S/3之间的值超过它或它们所围绕的触点的高度，或视情况而定，超过它所围绕的局部屏蔽件的高度，S表示触点之间的距离。
[0019] 根据另一个特征，局部屏蔽件的高度以大致为S/4的值高于它或它们所围绕的触点的高度。
[0020] 有利地，至少一个屏蔽件是柱形的。
[0021] 根据另一个实施例，所述真空管包括至少一个另外的局部屏蔽件，其分别插在该至少一个触点和上面提及的所述局部屏蔽件中的各一个之间，这样地选择在中间电位屏蔽件和触点之间的距离，使得触点边缘的电场被指向直接包围触点的局部屏蔽件。
[0022] 根据另一个特定的特征，它包括两个被分别插在中间电位屏蔽件和两个触点中的各一个之间的被称作第一和第二局部屏蔽件的局部屏蔽件，以及另外两个分别插在第一和第二局部屏蔽件与两个触点之间的被称为第三和第四局部屏蔽件的局部屏蔽件。
[0023] 根据一特定特征，屏蔽件和触点给出一相对电容量，这样在一个包围另一个的两个屏蔽件之间的电位差δU基本上与触点和包围该触点的屏蔽件之间的电位差相等。
[0024] 有利地，电位差δU为总电压的15％和35％之间。
[0025] 优选地，这个电位差δU可大致为总电压的25％。
[0026] 根据一特定特征，真空管包括N个屏蔽件，相对于U总/(N+1)的比率，这个电位差δU的变化不会超过40％，U总是触点之间的电压，即，相对于均匀地分布在触点之间的电压。
附图说明
[0027] 但是，根据参照附图仅以示例的目的给出的下述详细描述中，本发明的其它优点和特征将变得更加清晰易见，其中：
[0028] 图1是根据本发明的第一实施例的包括有三个屏蔽件的真空管的轴向横截面图，[0029] 图2是表示中间电位屏蔽件和触点之间的距离与触点之间的距离的比较的图形表示图，
[0030] 图3是根据本发明的第二实施例的包括有三个屏蔽件的真空管的轴向横截面图，[0031] 图4是根据本发明的另一个实施例的包括有三个屏蔽件的真空管的轴向横截面图，以及
[0032] 图5是根据本发明的另一个实施例的包括有五个屏蔽件的真空管的轴向横截面图。
具体实施方式
[0033] 在图1、图3、图4和图5中，可见真空管A在中压
电路断路器中被具体设计成一体式的，以在故障情况下或在执行有意的电路断开动作时来执行对电路的切断。
[0034] 这个真空管A以这样的方式包括由两个端板封闭的筒形壳体E，该壳体中容纳两个
电弧触点，分别是固定电弧触点1和可动电弧触点2。此可动触点2通过致动杆机械地连接到一操作装置(未示出)，所述杆通过它的一端与所述装置连接，并且通过它的相对端牢固地固定至可动电弧触点。这个操作装置能够通过在外壳里的两个位置之间的平移来移动上述杆和可移动触点，所述两个位置分别是与装置的正常操作相应的触点的闭合位置，以及在电路发生故障之后用来保护的或当执行电路的有意断开动作的断开位置或触点分离位置。
[0035] 在图1中，这个筒形壳体包括一个陶瓷4，并且真空管包括三个位于触点1、2周围的屏蔽件8、9、10，屏蔽件8，9，10都安装在真空管内。三个屏蔽件包括一中间电位屏蔽件9，或包围两个触点1、2的被称为50％屏蔽件的屏蔽件，如果触点1和2分别有100％和0％的电压，屏蔽件的电位在触点的两个电位中间50％处。屏蔽件还包括两个被称为局部屏蔽件8、10的屏蔽件，在75％处的称为第一屏蔽件8，在25％处的称为第二屏蔽件10。根据本发明，这些局部屏蔽件8、10插在中间电位屏蔽件9和触点1、2之间，所述局部屏蔽件8、10可以在它们的部分长度上与中间电位屏蔽件9重叠。
[0036] 根据图3所示的实施例，这个筒形壳体E包括四个端对端地安装的陶瓷的筒形部分4，5、6、7被称为第一、第二、第三、第四部分。
[0037] 中间电位屏蔽件9固定在两个中心陶瓷5、6之间，而对于两个局部屏蔽件8、10(分别是第一屏蔽件8，第二屏蔽件10)，为屏蔽件8固定在第一陶瓷4和第二陶瓷5之间，以及为另一个屏蔽件10固定在第三和第四陶瓷6、7之间。第一局部屏蔽件8包围固定触点1，而第二局部屏蔽件10包围可动触点2。
[0038] 根据本发明，中间电位屏蔽件9与触点1、2之间的距离使得在触点周围的电场指向围绕所述触点周围的周围屏蔽件8，10的方向，以便促使在触点和屏蔽件8，10之间而不是在触点之间发生击穿。
[0039] 在图4中，根据另一个实施例的真空管包括三个屏蔽件11、12、13和四个陶瓷4、5、6、7，而中间电位屏蔽件12形成真空管外壳的一部分。
[0040] 在图5中，根据另一个实施例的真空管包括五个屏蔽件和一个陶瓷。
[0041] 可以看出，两个局部屏蔽件14、15和17、18位于中间电位局部屏蔽件16和每个触点1、2之间。屏蔽件14、18局部与屏蔽件15、17相重叠。
[0042] 下面的表格是以触点距离的函数表示出中间电位屏蔽件和触点之间的距离。
[0043] S是触点之间的距离。
[0044]比率 三个屏蔽件 五个屏蔽件 七个屏蔽件
优化值 0.31*S 0.21*S 0.16*S
最小值 0.27*S 0.19*S 0.14*S
[0045] 通过在触点和中间电位屏蔽件之间安装一屏蔽件，防止了向中间电位屏蔽件的直接击穿，因此不再发生屏蔽件中间的电位加倍。
[0046] 避免了这个主要的风险，这样产生从触点指向离触点最近的屏蔽件、而不再是在触点之间的电场成为可能。这增加了在100％电位处的触点与被插入的屏蔽件之间的击穿风险，但是在一个有三个屏蔽件的真空管在有100％电位处的这个触点和有大约75％电位的被插入的屏蔽件之间发生击穿的实例中，被插入的屏蔽件达到100％电位，而中间电位屏蔽件通过
电容耦合而跟随这一电位变化并且只达到67％的电位。
[0047] 这样根据本发明，在触点端点的电场指向(视电压的极性而定，或者是产生于)其周围的最近的屏蔽件。
[0048] 对于一个具有多于三个屏蔽件的屏蔽结构，在屏蔽件端点的电场指向(视电压的极性而定，或者是产生于)其周围的最近的屏蔽件。
[0049] 还值得注意的是，屏蔽件和触点在它们之间有一个电容，使得在两个相互包围的屏蔽件之间的或在触点和在其周围的屏蔽件之间的电位差ΔU几乎是相同的。这样，对于一个有三个屏蔽件的真空管，电位差ΔU必须在15％和35％之间才是可以接受的，并且有利的为接近整个电压的25％。
[0050] 这样，对于包括N个屏蔽件的真空管，此δU相对于比率U总/(N+1)，变化不超过40％，U总是触点之间的电压。
[0051] 对于有三个或更多屏蔽件的真空管，被插入的局部屏蔽件8、10以在0到S/3之间的一个值H超过其所包围的触点，S是触点之间的距离，该值有利地为一个接近S/4的高度。
[0052] 而且，在中间电位屏蔽件9和触点之间的距离SE-1被包括触点之间的距离S的25％和40％之间才是可以接受的，并且该距离优选地等于31％。
[0053] 下面的表格说明了对于有三个屏蔽件、五个屏蔽件和七个屏蔽件的结构的这些值。
[0054] δU：在两个相互包围的屏蔽件之间的或在触点与围绕该触点的屏蔽件之间的电压差(以总电压的百分比表示)。
[0055] H：屏蔽件的超出高度，或者是相对于触点而言，或者是对于两个相互围绕的屏蔽件而言。
[0056] SE-1：触点和电位屏蔽件之间的距离。
[0057]
[0058] 尽管这一技术方案比根据用于消除击穿风险的
现有技术的技术方案更具有约束
力，但是同现有技术相比，在本发明的情形下显著地降低了击穿时导致的风险。
[0059] 事实上可以认识到下面两种根据现有技术的具有一个单独的50％屏蔽件的局限情形。
[0060] 在相对于触点的中间电位屏蔽件的最大距离处，触点边缘的最大电场不受屏蔽件存在的影响，这个电场因此有值E1。这个情况实际上与没有设置50％屏蔽件的情况是类似的。电场E1是在具有一个屏蔽件的真空管的两个触点之间可存在的最弱的场。如果屏蔽件朝两个触点移得更近，电场就受到向另外一个的移动的影响而开始增加。在这种向另外一个的移动开始时，触点面边缘的电场仍指向另一个触点。假设SE为触点和50％屏蔽件之间的距离，那么可以建立一个被称为转换距离的距离，即SE转换，该距离标志着在电场方向的转换，即，当SE>SE(转换)时电场指向另一触点的方向而当SE
[0061] 这样，最小距离等于SE(转换)，以防止屏蔽件的相互作用。
[0062] 在屏蔽件相对于触点的最小距离处，在该处电场仍指向触点而还未指向屏蔽件，触点边缘的电场达到值E2，值E2高于前面所提到的值E1。
[0063] 这样根据本发明，这种在触点和被插入的屏蔽件之间增加的击穿风险将被接受，但是不超出一般所接受的电场值E1和E2，电场因此保持在E1和E2之间。
[0064] 图2以两个触点之间距离的函数表示了触点和中心屏蔽件之间的距离。
[0065] 曲线a表示触点和屏蔽件之间的距离，在现有技术中特别是在
专利DE10029763中所推荐的。曲线b表示根据现有技术的能防止在触点和屏蔽件之间发生相互作用的最小距离。
[0066] 曲线c表示触点和屏蔽件之间的距离，根据本发明的一个有三个屏蔽件的结构，其给出了一个与曲线a实例中相同的触点边缘的电场，并且曲线d表示触点和屏蔽件之间的距离，其给出了一个与曲线b实例中相同的触点边缘的电场。
[0067] 由图2可见，根据现有技术，中间电位屏蔽件与触点之间的距离位于曲线a和b之间，而根据本发明，这一距离位于曲线c和d之间。
[0068] 可见在对于一有三个屏蔽件的真空管，在屏蔽件和触点之间的距离上能有50％到70％的增益。
[0069] 如表格中所示，图4和图5所表示的根据本发明的包括有五个或七个屏蔽件的真空管能获得一个附加的增益。对于一个有五个屏蔽件的真空管，屏蔽件和触点之间的距离实际上在0.19*S和0.21*S之间，S是触点之间的距离。根据本发明的包括有七个屏蔽件的真空管可以获得一个甚至更大的增益，对于它来说屏蔽件和触点之间的距离在0.14*S和0.16*S之间。
[0070] 因此，借助于本发明实现了一种设计简单且显著减少了径向直径的真空管。
[0071] 通过使用减少了直径的陶瓷和减少了直径的外壳，可以使真空管的成本，以及电路断路器或机壳的成本降低。
[0072] 这还使得在铠装设备单元中的各相之间的电气相互作用能够减少。当运行电压发生
波动时能获得更好的特性。
[0073] 本发明显然不局限于仅以举例目的给出的实施例。本发明因此
覆盖了包括奇数个屏蔽件的真空管的任何一个实施例，处于与触点电位最接近的电位的屏蔽件以这样的方式放置，以隐藏中间电位屏蔽件或其它的局部屏蔽件的一定长度，在包括多于三个屏蔽件的真空管的情况中，相对于这个触点，在触点边缘的电场指向(根据电压的极性，或产生于)围绕它的最接近的屏蔽件，并且局部屏蔽件(除了中间电位屏蔽件)端部的电场指向(根据电压的极性，或产生于)围绕它的最接近的局部屏蔽件。
[0074] 相反，本发明包括了所述装置的所有技术等同物，并且在这些技术等同物的组合是根据本发明的精神进行的情况下，也包括这些组合。
