專利名稱：電觸點磨損和溫度指示劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及電氣開關尤其涉及電觸點組件和采用該觸點組件的電氣開關。
背景技術：
在負載下工作的電氣開關觸點在正常工作期間一般都被腐蝕并且當產生過熱時甚至會損壞。觸點的腐蝕和過熱可能引起開關工作失效或損壞，并在另一方面通常會降低或限制開關本身的有效壽命。因過熱而腐蝕或損壞的程度是在工作期間存在各種條件的函數(shù)，如通過觸點的電流值，觸點上所加的電壓，經受的最大工作溫度，以及觸點工作的苛刻程度(例如開關工作的時間和頻率)。此外，電氣觸點的腐蝕或過熱也可能指示其它開關組件的失效或失靈。
電氣觸點的腐蝕最通常是由開關斷路時發(fā)生的電弧而引起的。當電觸點相互遠離時形成電弧，而且它們之間的電位使電子跨越該互聯(lián)的間隔。在電弧中的電流保持到觸點之間的間隔增加從而使阻抗增加到阻止電子跨越對應于給定電位的間隙為止。電流流過間隙產生熱量，使溫度提高到足以燒掉一些觸點材料。當它的觸點腐蝕到它們不能有效地接通電路時開關可能失效。
開關也可能由于接觸面的高電阻而產生過熱。觸點或其它開關組件的過熱引起的觸點的物理特性的變化比引起的腐蝕要小，但在長期運行后也可能會引起觸點的明顯損壞，甚至使觸點失效。其中，過熱會使觸點變脆和/或被過度碳化，可能導致在開關內的稱為“跳火”的一類故障。
如果有腐蝕或過熱發(fā)生，則電觸點的有效壽命與腐蝕或過熱的程度有關。一旦觸點腐蝕到進一步使用會危及人員或機器的稱為“臨界點”的時候，觸點的有效壽命即超過了。該臨界點是指體積的度量，當例如腐蝕的結果使觸點僅剩余預定的百分比時達到此點。
因為不能清除電弧和腐蝕，開關要設計成允許更換觸點。一般，當觸點被腐蝕到臨界點或接近臨界點時，更換已磨損的觸點比更換整個開關便宜。因此，開關的用戶們必須監(jiān)視觸點的腐蝕情況，以便確認正接近或已達到預定的臨界點的時間。在臨界點或在此點前更換已磨損的觸點是很重要的，因為，使用超過臨界點的觸點會繼續(xù)腐蝕并可能使開關失效。開關失效可能對設備具有負面的或災難性的影響并對人員有危險。另一方面，在它們的有效壽命之前更換觸點會增加材料和勞務成本。監(jiān)視組件所處的溫度同樣有助于甚至在“跳火”之類故障發(fā)生前估計組件，諸如開關觸點的工作效率和剩余的有效壽命。
電觸點工作的基本環(huán)境有四種(1)在空氣中，(2)在惰性氣體中，(3)在油下，和(4)在真空內。每一種環(huán)境對觸點進行監(jiān)視處理都存在一些問題。
空氣環(huán)境的觸點可用內眼觀察以監(jiān)視磨損的程度，允許失效危險過大之前，相應于觸點的壽命經常進行更換。惰性氣體環(huán)境和真空環(huán)境的觸點通常不能用肉眼觀察，因為它們最經常被裝在不透明的機殼或真空瓶內。油環(huán)境的觸點用于中壓和高壓設備，包括由公共電力事業(yè)所用的斷電器和變壓器以及穩(wěn)壓器的加感抽頭變壓器。這些觸點工作于裝在封閉箱或艙內的油中以防易于接近這些觸點。不管觸點和其它組件工作的環(huán)境如何，它們均可在某些型式的機殼中工作。對于空氣或油環(huán)境，這種機殼可通向大氣，但對真空或惰性氣體環(huán)境，則機殼必須被密封。監(jiān)視密封的機殼特別困難。
一個變壓器有兩套繞組，分別稱為原繞組和副繞組。加在原繞組上的電壓(稱為原繞組電壓)將在副繞組中感應一電壓(稱為副繞組電壓)。根據(jù)在變壓器的原和副繞組中的匝數(shù)或線圈數(shù)關系，副繞組電壓將高于或低于原繞組電壓。在副繞組中帶較大數(shù)量匝數(shù)的變壓器將產生比原繞組電壓更高的副繞組電壓。在副繞組中無抽頭的變壓器則對每個原繞組電壓將僅產生一個副繞組電壓。許多變壓器的實例在副繞組中有多個“抽頭”或選擇點，故可從一個變壓器選擇多個副繞組電壓。一個在副繞組有多個抽頭的變壓器將允許有幾個選擇的副繞組電壓，取決于選擇哪個抽頭。如果變壓器在低于或高于原繞組匝數(shù)的點設抽頭，則一個變壓器可用來降低和增加電壓。然而必須提供一種稱為“線圈抽頭選擇器開關”或“加感抽頭變換器”之類的裝置以便在各種副繞組抽頭間進行變換。
“加感抽頭變換器”是一個機械裝置，它根據(jù)所需輸出電壓，將電觸點移向變壓器或穩(wěn)壓器內不同的抽頭。在一些設計中，當電流還在變壓器或穩(wěn)壓器內流動時移動電觸點，當它們從一個抽頭位置移向下一位置時，產生許多電弧通過加感抽頭變換器的觸點。在另一些設計中，應用轉換器開關在配電期間轉換電流。這樣，該轉換開關使用一個大的犧牲觸點執(zhí)行通電和斷電功能，并在此犧牲觸點產生電弧。
為測定觸點的磨損或腐蝕的程度而關閉和打開這些類型的設備需一筆大的費用，這筆費用包括清除，存入和處理大量的油，有時高達1000加侖油所需的費用。由于難以預定從一個維護周期到下一個維護周期腐蝕的速率，故經常過早地更換觸點。觀察觸點的費用經常很大，以致于維護部門在每次觀察期間都總是更換觸點，甚至即使觸點還可能剩有數(shù)目或更長時間的有效壽命。適當?shù)厥褂^察的時間與觸點的有效壽命終點相匹配將會大大地節(jié)約成本。
先前用來監(jiān)視電器設備性能企望克服由直接肉眼觀察所需的精力和費用的缺點的一些方法包括如下1．溶解的氣體分析(DGA)在油環(huán)境中采用溶解的氣體分析。在DGA中，抽取并分析在觸點周圍的油樣以監(jiān)測溶解的氣體。溶解氣體的存在指示可能在設備內正發(fā)生各種型式的問題。例如，在觸點周圍的油中存在溶解的乙炔指示變壓器鐵心失效。這種方法缺乏為確定更換觸點的正確定時所必須的精度，因為存在氣體既不直接與觸點的腐蝕量有關，也不指示觸點過熱的程度。
2．紅外線監(jiān)測紅外線監(jiān)測可用于空氣、惰性氣體、真空或油環(huán)境。在紅外線監(jiān)測中，使用紅外線攝影機監(jiān)測高壓設備的溫度。溫度與電阻直接有關。當流過電器設備的電阻增加時，設備及其周圍的溫度也增加。在一般意義上說，該紅外線攝影機測出溫度增加并相應地向用戶發(fā)生警報。然而，因為它不能測量腐蝕和不足夠精確到可離開機殼內其它相鄰組件單獨地監(jiān)視觸點或其它組件的溫度，故此系統(tǒng)還不夠滿意。
因此，需要提供一種電觸點磨損和加熱指示劑，它將自動地監(jiān)測觸點并向用戶提供已到達臨界點或一個或多個臨界溫度的指示。
發(fā)明概要本發(fā)明涉及一種觸點組件，它包括一種指示工作于油、空氣、惰性氣體或真空環(huán)境中的電觸點的腐蝕和/或發(fā)熱狀態(tài)的裝置。該組件包括一個已在觸點中安裝了一種包含腐蝕或溫度指示劑的插入物的觸點。該腐蝕指示劑作為一種插入物被安裝在相應于觸點臨界點的深度位置上，進一步腐蝕超過此點時觸點即不適于使用。當觸點和插入物被腐蝕到臨界點時，腐蝕指示劑即外露出來或釋放到可被檢測的周圍環(huán)境中，或者除腐蝕指示劑外，也可將溫度指示劑連到該觸點上或埋在該觸點或其它組件表面的凹槽或開口中。當組件達到一預選溫度時，指示劑材料升華，作為組件溫度指示劑。
上文已對本發(fā)明的特點和技術優(yōu)點作了相當廣泛的概括，故可更好地理解下面的詳細說明。下面說明構成本發(fā)明的權利要求書的主題的本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點。精通本技術的人們應當了解可容易地將所公開的發(fā)明構思和具體的實施例用作為實現(xiàn)本發(fā)明同一目的而修改或設計其它結構的基礎。精通本技術的人們應當認識這種等同的結構并不脫離在所附權利要求書中即限定的本發(fā)明的精神和范圍。
附圖簡述包括在本說明書中并作為其一部分的相應附示了本發(fā)明的實施例，并與說明部分一起用于更清楚地解釋本發(fā)明的原理，圖中

圖1A為包含本發(fā)明的腐蝕指示劑和本發(fā)明的溫度指示劑的組合電觸點組件的透視圖；圖1B為沿圖1A的A-A線的局部剖面圖，更詳細地表示腐蝕指示劑的結構和裝配。
圖2A為內裝本發(fā)明的腐蝕指示劑的犧牲觸點的頂視圖；圖2B為沿圖2A的C-C線的局部剖面圖，更詳細地表示腐蝕指示劑的結構和裝配；圖3A為內裝本發(fā)明的腐蝕指示劑的轉換開關犧牲觸點組件的側視圖；圖3B為圖3A所示的轉換開關犧牲觸點組件局部側視圖，表示觸點腐蝕后微量材料的散發(fā)；圖4A為內裝本發(fā)明的溫度指示例的電觸點的正視圖；圖4B為圖4A所示的電觸點的側視圖；和圖4C為沿圖4A的B-B線的局部剖面圖，更詳細地表示溫度指示劑的結構和裝配。
應注意的是這些附圖所圖示的僅為本發(fā)明的典型的實施例，因此不能被視為對本發(fā)明范圍的限制，因為本發(fā)明允許有其它同樣可行的實施例。
本發(fā)明的詳述相同的序號全部指相同的另件。
圖1A和1B表示了一個具有一雖然可使用任何導電材料但最好由銅制成的底座11的組合觸點組件10。組合觸點組件10用于變壓器所用的諸如線圈抽頭選擇器或加感抽頭變換器之類的選擇器開關。給每個副繞組抽頭提供一個或多個組合觸點組件10。按用戶所需電壓，用這些圖中未示出的選擇器開關的第二另件與組合觸點組件10相接觸。裝有組合觸點組件10的選擇器開關經常在負載下在各抽頭之間轉換，產生電弧和腐蝕。加之，一旦組合觸點組件10與該開關的第二另件相接合，它繼續(xù)帶電，使其易于過熱。底座11上可設有一個或多個安裝選擇器開關的孔12。一個或多個犧牲觸點端部13與底座11相連接并與底座11處于通電狀態(tài)。在一個優(yōu)先實施例中，犧牲觸點端部13被銅焊到底座11上。組合觸點組件和選擇器開關的第二另件之間電接觸的最初點是犧牲觸點端部13。電路接通以后，該電接觸點從犧牲觸點端部13移開，然后保持在底座11中。犧牲觸點端部13可以由不同于底座11的材料制成，因為當電路接通和斷開時，犧牲觸點端部13承受電弧。本發(fā)明的一個優(yōu)先實施例是形成特別設計成抗電弧腐蝕的鎢基材料制成的犧牲觸點端部13。底座11不遭受電弧或腐蝕，但可能因過熱而失效。
犧牲觸點端部13設有一個或多個孔14。在犧牲觸點端部13中形成的孔14要在犧牲觸點端部13與底座11相連接時密封住孔14。即使可采用任何形狀的孔14，但為便于制造，孔14最好為鉆成的圓孔?？?4有一個可為平的，斜的或錐形的底部16，取決于在犧牲觸點端部13中所采用的孔14的成形方法。在孔14成形后，將微量元素18插入孔14中，然后再將犧牲觸點端部13與底座11相連接。
當使用組合觸點組件10時，犧牲觸點端部13因電弧而腐蝕。當犧牲觸點端部13腐蝕到足夠程度時，孔14被打開。
現(xiàn)參考圖1B，表示沿圖1A的A-A線的犧牲觸點端部13的剖面圖。表示底座11的局部視圖。犧牲觸點端部13有一前緣15，最好切成斜角。當開關關閉時，前緣15是犧牲觸點端部13與選擇器開關第二另件接觸的最初部位，并且是當開關打開時，犧牲觸點端部13離開相對觸點的最后部位，照此，前緣15是犧牲觸點端部13遭受因電弧而腐蝕最嚴重的表面。
犧牲觸點端部13被設計成有一臨界點19。臨界點19是因已發(fā)生的腐蝕程度，已使犧牲觸點端部13不可再使用的那一點。當犧牲觸點端部13接近其有效壽命的終點時，底部16和前緣15之間的距離減小。當犧牲觸點端部13達到其有效壽命的終點及前緣15腐蝕到臨界點19時底部16腐蝕并且孔14被打開。
采用組合觸點組件10的選擇器開關，加感抽頭變換器，或線圈抽頭選擇器可安裝在一些形成的容器或機殼內，未在圖中示出。為安全起見，空氣-環(huán)境的觸點一般安裝在機殼內，若將機殼打開即可用肉眼觀察腐蝕的情況。惰性氣體環(huán)境的觸點必須要裝在內裝情性氣體的一些形式的密封的機殼中。如果用戶要用新供應的惰性氣體加注入機殼時，可以打開這些機殼。如果機殼設計合適，氣體可高于或低于大氣壓。工作于真空的觸點必須安裝在保持真空的密封的機殼內。工作于油中的觸點是不必從處于密封的環(huán)境中，但機殼必須設計得足以保持一定油量。
當孔14被打開時，微量元素18與組合觸點組件10周圍的環(huán)境相通并擴散入其中。當油適應于組合觸點組件10工作環(huán)境的檢測裝置檢測到存在微量元素18時即指示要更換犧牲觸點端部13或組合觸點組件10。
微量元素18最好由硫酸鎂組成。擴散入組合觸點組件10周圍的油、空氣、惰性氣體或真空之中的微量元素18可用現(xiàn)有的分光光度計的色譜技術或用電化學傳感順進行檢測。這些檢測微量元素18的裝置可以類似于DGA試驗的方法遠距離應用，其中，用上述的或其它相當?shù)臋z測存在微量元素18的技術對組合觸點組件10周圍的機殼內的介質周期性地采樣和試驗。另一方面，可將電化學傳感器裝在機殼內，基本上與機殼內的介質連續(xù)接觸，可遠距離或就地將合適的檢測器有效地與該傳感器相連以發(fā)出存在微量元素18的檢測信號。
在由犧牲觸點端部13被接通電路后，通過使底座11移為電流流經它而不是流經該犧牲觸點的位置而保持該回路。在此種結構中，底座11會受到過熱。
為此，組合觸點組件10的底座11可設有一個或多個凹槽。雖然可采用任何形狀的凹槽，但為便于制造，此凹槽最好鉆成圓孔。本發(fā)明的一個優(yōu)先實施例是提供一主凹槽22和一副凹槽23。主凹槽22和副凹槽23內所裝的是可用類似或相當于檢測微量元素18的方式檢測的指示劑材料24。指示劑材料24也可放在由鉚接或別的方法裝于底座11上的單獨的容器中。
指示劑材料24最好為陶瓷一基底的并要按在預選的被檢測溫度使凹槽22和23內原狀的基本上全部材料將由固相轉換為液相的要求進行配方或選擇。一旦變成液相，指示劑材料24將擴散入附近的周圍環(huán)境。當由適應于組合觸點組件10工作環(huán)境的檢測裝置檢測到存在指示劑材料24時，即指示要更換或關閉組合觸點組件10。
按本發(fā)明的一個實施例，主凹槽22內充填熔點為200°F的指示劑材料24，而副凹槽23內充填熔點為350°F的指示劑材料24。這樣，檢測到存在來自主凹槽22的指示劑材料24將指示組合觸點組件10的底座11已達到預選的工作溫度200°F。接著或同時檢測到來自副凹槽23的指示劑材料24將指示組合觸點組件10的底座11也已達到預選的工作溫度350°F。若需要，可通過選擇較高或較低熔點的不同指示劑材料24來選擇附加的和另外的溫度。也可設置附加的或幾個凹槽21，或者組合接觸組件10的底座11可包括數(shù)對主凹槽22和副凹槽23。指示劑材料也可放入隨后裝于底座11的容器中。
現(xiàn)再回到圖2A和2B，表示犧牲觸點的另一實施例。犧牲觸點60被用于高壓開關來接通和切斷電路，并因此而遭受電弧和腐蝕。犧牲觸點60上設有一個或多個孔61。雖然可用任何形狀的孔61，而為便于制造，孔60最好為鉆成的圓孔?？?1有一個可為平的，斜的或錐形的底部62，完全取決于在犧牲觸點60中即采用的孔61的成形方法?？?1成形后，將微量元素18插入孔61中，然后用塞63將孔61密封。
當用犧牲觸點60來接通和切斷電路時，發(fā)生腐蝕。當犧牲觸點60腐蝕到足夠程度時，孔61被打開。
現(xiàn)參考圖2B，表示沿圖2A的C-C線的犧牲觸點60的剖面圖。犧牲觸點60設計成具有一臨界點64。當犧牲觸點60接近有效壽命的終點時，底部62和周圍材料之間的距離減小。當犧牲觸點60達到其有效壽命的終點時，腐蝕到臨界點64，底部62腐蝕和孔61打開。
現(xiàn)再加到圖3A和3B，表示如犧牲觸點組件30那樣的圖作為轉換器開關的犧牲觸點的另一實施例，犧牲觸點組件30有一可由銅，黃銅或任何其它導電材料制造的底座31。一個或多個犧牲觸點端部33連接于底座31。犧牲觸點端部33上設有一個或多個孔34。在犧牲觸點端部33上形成的孔34要使孔34在犧牲觸點端部33與底座31相連接時被封住。雖然可用任何形狀的孔34，但孔最好為鉆成的圓孔?？?4有一個可為平的或斜的底部36，取決于在犧牲觸點端部33中所采用的孔34的成形方法?？?4成形后，將微量元素18插入孔34中，然后，再將犧牲觸點端部33與底座31相連接。犧牲觸點端部33上還設有一前緣35和一臨界點39。
當用犧牲觸點組件30接通和切斷電路時，犧牲觸點端部33園電弧而腐蝕。當犧牲觸點端部33被腐蝕到足夠程度時，孔34被打開。
現(xiàn)參考圖3B，表示犧牲觸點組件30的局部視圖。犧牲觸點端部33的前緣35已腐蝕到臨界點39以外，腐蝕底部36并打開孔34。結果，微量元素18已擴散入犧牲觸點組件30周圍的環(huán)境中。
現(xiàn)參考圖4A至4C，表示觸點50。觸點50適用于換向開關。換向開關是高壓開關的一部分，它在工作期間連續(xù)負載，因此會遭受過熱而不會產生電弧和腐蝕。盡管圖中未表示，但在工作中，犧牲觸點組件30或犧牲觸點60可由已知的方法有效地和通電地與諸如觸點50之類的接觸元件相連接。觸點50上設有一個或多個凹槽。雖然可用任何形狀的凹槽，但為便于制造，凹槽最好鉆成圓孔。本發(fā)明的優(yōu)先實施例將提供一主凹槽52和一副凹槽53，當觸點50被用于組合觸點組件10所用的油、惰性氣體、空氣或真空環(huán)境時，主凹槽52和副凹槽53內所裝的是可用如前所述的類似或相當于檢測微量元素18的方式檢測指示劑材料54。指示劑材料54也可放在由鉚接或別的方法裝于觸點50上的單獨的容器中。
指示劑材料54最好為陶瓷一基底的，并要按在所選的被監(jiān)測溫度使凹槽52和53內所裝的基本上全部材料將由固相轉換成液相的要求進行配方或選擇。因此，觸點50最好裝在油中以易于由觸點50擴散指示劑材料54。一旦成為液相，指示劑材料54將擴散入附近的油環(huán)境中。根據(jù)所選的適當指示劑材料54和檢測裝置，可使用其它工作環(huán)境。當用適應于觸點50工作環(huán)境的檢測方法檢測到存在指示劑材料54時，即指示要更換或關閉觸點50在其中工作的開關。
按本發(fā)明的一個實施例，主凹槽52內充填熔點為200°F的指示劑材料54，而副凹槽53內充填熔點為350°F的指示劑材料56。這樣，檢測到存在來自主凹槽52的指示劑材料54將指示觸點50已達到預選的工作溫度200°F。接著或同時檢測來自副凹槽53的指示劑材料54同樣將指示觸點50也達到預選的工作溫度350°F。若需要，可通過選擇較高或較低熔點的不同指示劑材料54來預選附加的和另外的溫度。也可設置附加的或幾個凹槽。指示劑材料也可放入裝于觸點50的容器中。
現(xiàn)回到圖4C，表示沿圖4A的B-B線的觸點50的剖面圖。圖示主凹槽52內充填有指示劑材料54。
顯然，參考上述附圖所說明的腐蝕和溫度檢測裝置可用于與觸點50電連接的組合觸點組件10或犧牲觸點組件30或犧牲觸點60的組合中。
雖然，已對本發(fā)明及其優(yōu)點作了詳述，但應理解只要不脫離由所附權利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍，在此再作各種變化、替代和更換。
權利要求
1．一種電觸點組件，包括一個犧牲觸點；指示何時所述犧牲觸點已腐蝕到某一預定腐蝕點的裝置；一個與所述犧牲觸點保持操作連接的主觸點；和指示所述主觸點已達到預定溫度的裝置。
2．按權利要求1所述的電觸點，其特征在于，所述的犧牲觸點限定一孔穴并還包括微量元素，所述的微量元素裝在所述的孔穴內。
3．按權利要求2所述的電觸點組件，其特征在于，用于指示何時所述的犧牲觸點已腐蝕到所述預定腐蝕點的所述裝置包括打開所述孔穴和擴散所述微量元素。
4．按權利要求1所述的電觸點組件，其特征在于，所述的主觸點限定一凹槽，并還包括指示劑材料，所述的指示劑材料裝在所述的凹槽內。
5．按權利要求1所述的電觸點組件，其特征在于，還包括一容器及指示劑材料，其中，所述的容器固定于所述的主觸點，所述的容器內裝所述指示劑材料。
6．按權利要求4或5所述的電觸點組件，其特征在于，用以指示所述主電觸點已達到預定溫度的所述裝置包括釋放所述指示劑材料。
7．一種電觸點組件包括一個底座；指示所述底座已達到預選溫度的裝置；至少一個與所述底座相連接的犧牲觸點；和指示何時所述犧牲觸點已腐蝕到預定腐蝕點的裝置。
8．按權利要求7所述的電觸點組件，其特征在于，所述的犧牲觸點限定一孔穴，并還包括微量元素，所述的微量元素裝在所述的孔穴內。
9．按權利要求8所述的電觸點組件，其特征在于，指示何時所述犧牲觸點已腐蝕到所述預定腐蝕點的所述裝置包括打開所述的孔穴和擴散所述微量元素。
10．按權利要求7所述的電觸點組件，其特征在于，所述的主觸點限定一凹槽，并還包括指示劑材料，所述的指示劑材料裝在所述的凹槽內。
11．按權利要求7所述的電觸點組件，其特征在于，還包括一容器和指示劑材料，其中，所述的容器固定于所述主觸點，并且所述的容器內裝所述的指示劑材料。
12．按權利要求10或11所述的電觸點組件，其特征在于，用以指示所述主電觸點已達到預定溫度的所述裝置包括釋放所述指示劑材料。
全文摘要
在負載(帶電)下工作的電開關由于電弧和溫度升高而遭腐蝕和磨損,使其功能降到低于允許的極限后,就需要更換電觸點。將一些微量元素或混合物(18)插在表示磨損或腐蝕到需要更換觸點的深度位置。當因磨損或腐蝕而外露時這些微量元素(18)被釋放到觸點周圍的油或其它介質中,從而指示過渡磨損?；蛘咭坏┮堰_到預選溫度,一些指示劑材料即從一個或多個開關組件表面釋放入周圍介質。
文檔編號H01H1/00GK1235694SQ97199394
公開日1999年11月17日 申請日期1997年9月10日 優(yōu)先權日1996年9月10日
發(fā)明者布魯斯W·尼科爾斯 申請人:布魯斯W·尼科爾斯