專利名稱：氣體絕緣高壓開關的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分的高壓開關。上述類型的開關通常為功率開關(Leistungsschalter)，該功率開關在超出70kV 的電壓范圍內控制(beherrschen)超出IOkA的切斷電流(Ausschaltstrom)。這樣的 開關具有開關殼體，該開關殼體填充有具有滅弧特性的、例如基于六氟化硫和/或氮氣 和/或二氧化碳的、通常處于直至若干bar壓力下的絕緣氣體。為了在切斷電流時實現 在斷開的接觸元件GchaltstUck)之間形成的接觸間隙(Schaltstrecke)的迅速的電介 質的(dielektrisch)加強(Verfestigung)，利用滅弧氣體(L6schgas)對容納切換電弧 (Schaltlichtbogen)的電弧區域進行吹噴(beblasen)，該滅弧氣體通過壓縮在由開關的 驅動件所操縱的活塞-缸體-壓縮裝置中的絕緣氣體而產生。在切斷較大的短路電流時， 附加地使用存儲在加熱腔(Heizvolumen)中的滅弧氣體，該滅弧氣體由于切換電弧的熱作 用而壓縮(komprimieren)。
背景技術：
例如，在文件US 6，207，917B1、JP 2003-197076A、DE 19910166A1 或 DE 19736708C1中描述開頭所提及類型的開關。所描述的開關分別包括填充有具有滅弧特性 的絕緣氣體的、形成用于絕緣氣體的存儲室的殼體，以及驅動件。在殼體中布置可由驅動件 所操縱的觸頭組件(Kontaktanordrumg)以及加熱腔和以力配合的方式與觸頭組件相聯結 的活塞-缸體-壓縮裝置。壓縮裝置的加熱腔和壓縮室通過止回閥彼此相連接，并且假如 在壓縮室中的壓力高于在加熱室中的壓力時而彼此相連通。如果在壓縮室中的壓力超過 預設的壓力極限值，如通常在中斷較大短路電流時所存在的情況那樣，則過壓閥發生響應 (ansprechen)，并且在響應后所壓縮的絕緣氣體從壓縮室膨脹到存儲室中。因此，由驅動件 用來壓縮膨脹的氣體所消耗的能量不用于產生滅弧氣體。然而，為了提供足夠量的滅弧氣 體，因此要么壓縮室的容積必須為尺寸較大，要么驅動件必須具有相當大的功率，以為了在 高的壓力峰值時不會被阻擋(blockieren)。
發明內容
如在權利要求書中所說明的那樣，本發明的目的在于，實現開頭所提及類型的開 關，盡管驅動件設計成尺寸較小但該開關通過良好的切換能力而出眾。在權利要求1中所限定的根據本發明的高壓開關包括以下構件填充有具有滅弧特性的絕緣氣體的殼體，該殼體限制用于絕緣氣體的存儲室，保持在殼體中的觸頭組件，該觸頭組件帶有兩個接觸元件，這兩個接觸元件在切 換過程中借助于驅動件沿著軸線相對于彼此運動，固定在兩個接觸元件中的第一個處的、環狀地繞著第一接觸元件的中空的電弧觸 頭而導引且用作容納切換電弧氣體(Schaltlichtbogengas)的加熱腔，該加熱腔在切斷時 與容納切換電弧的電弧區域相連通，
在切斷時由第一接觸元件所操縱的活塞-缸體-壓縮裝置，該活塞-缸體-壓縮 裝置帶有環狀地繞著中空的電弧觸頭而導引的壓縮室以用于容納壓縮的絕緣氣體，布置在加熱腔中的第一止回閥，在接通時通過該第一止回閥將絕緣氣體從壓縮室 引導到加熱腔中，第一過壓閥，以用于限制在壓縮室中的壓縮的絕緣氣體的壓力，布置在壓縮室中的第二止回閥，在接通時通過該第二止回閥將絕緣氣體引導到壓 縮室中，以及至少一個用作容納壓縮的氣體的第一擴充腔(Erweiterungsvolumen)，該第一 擴充腔在第一過壓閥打開后與壓縮室連通，并且此后通過第三止回閥相對于存儲室隔絕 (absperren)0在根據本發明的開關中，壓縮室尺寸較小，并且因此可在中斷小電流時以較小的 驅動力提供對成功地以熱學的方式(thermal)吹滅切換電弧來說足夠量的壓縮的、用作滅 弧氣體的絕緣氣體。在中斷大電流時，在第一過壓閥的保持驅動力為較小的響應壓力之上 時，壓縮的絕緣氣體從壓縮室連通到擴充腔中。那么，為了以熱學的方式吹滅切換電弧，在 驅動力保持較小的時提供比在中斷小電流時更大量的滅弧氣體，并且因此即使在中斷大電 流時也可成功地以電介質的方式加強電弧區域。為了限制在第一擴充腔中的壓力，可設置有第二過壓閥。第一擴充腔可通過第二過壓閥直接與存儲室相連接。備選地，第一擴充腔可通過 第二過壓閥直接與第二擴充腔相連接。第二擴充腔可通過第三過壓閥直接與存儲室或與第三擴充腔相連接。在徑向向外限制壓縮室的中空缸體處可固定至少兩個軸向彼此有間隔的缸體底 部(Zylinderboden)，該至少兩個缸體底部中的第一缸體底部將壓縮室和第一擴充腔彼此 相分離，并且共同地與第二缸體底部確定第一擴充腔的沿著軸線而延伸的高度。第一過壓 閥和第二止回閥可保持在第一缸體底部處，第二過壓閥和第三止回閥可保持在第二缸體底 部處。在中空缸體處可固定有至少一個第三缸體底部，該第三缸體底部共同地與第二缸體 底部確定第二擴充腔的沿著軸線而延伸的高度，并且保持第四止回閥以及必要時所設置的 第三過壓閥。
借助于附圖，在下文中進一步解釋本發明。其中圖1顯示了沿著軸線A引導的穿過根據本發明的高壓開關的第一實施形式的截面 的俯視圖，在該第一實施形式中開關在軸線的左側為閉合的，且在軸線的右側恰好中斷小 電流，圖2顯示了在中斷大電流時的根據圖1的開關，以及圖3顯示了根據本發明的高壓開關的相對于第一實施形式而修改的第二實施形 式。參考標號列表10開關殼體11存儲室
20接觸元件21電弧觸頭22額定電流觸頭23電弧觸頭21的觸頭承載件24套25壁30接觸元件31電弧觸頭32額定電流觸頭40中空體41中空紅體42，43，44缸體底部50絕緣噴嘴51絕緣輔助噴嘴52加熱通道A軸線D，D’開關驅動件E1, E2擴充腔H加熱腔K壓縮室L電弧區域OV1, OV2, OV3過壓閥RV1，RV2，RV3，RV4 止回閥S切換電弧
具體實施例方式在所有的附圖中，相同的參考標號表示起相同作用的部件。在圖1至3中所示出 的根據本發明的高壓開關的兩種實施形式分別實施成功率開關，并且分別包括很大程度上 為管狀的殼體10以及由殼體10所容納的、設計成很大程度上軸對稱的觸頭組件，該觸頭組 件帶有兩個沿著軸線A相對于彼此可移位的接觸元件20和30。殼體10填充有例如基于六氟化硫或包含六氟化硫的氣體混合物的壓縮的絕緣氣 體，并且因此形成用于絕緣氣體的存儲室11。接觸元件20以同軸的布置具有中空的電弧觸 頭21和圍繞中空的電弧觸頭的中空的額定電流觸頭22，然而接觸元件30以同軸的布置包 括實施成銷子的電弧觸頭31和圍繞電弧觸頭31的中空的額定電流觸頭32。接觸元件20沿著軸線A氣密地以在靜止的、金屬的中空體40中滑動的方式被引 導，并且通過電弧觸頭21的中空的觸頭承載件23與開關的位于地勢的驅動件D的未示出 的絕緣體相連接。中空體40包括軸向取向的、同軸地包圍額定電流觸頭22的、靜止的中空缸體41， 以及兩個缸體底部42，43，這兩個缸體底部42，43以軸向相對彼此偏移的方式固定在中空缸體41的內壁處。在缸體底部中分別設置有中央開孔，電弧觸頭21的中空的觸頭承載件 23在維持其軸向可移位性的情況下以氣密的方式支承在該開孔中。在觸頭承載件23的外表面上固定有金屬套M，該金屬套M在其面向接觸元件30 的端部處承載由絕緣材料如PTFE制成的輔助噴嘴51。絕緣輔助噴嘴圍繞電弧觸頭21的構 造成耐電弧(Iichtbogenfest)的自由端部。套M的面向驅動件D的端部構造成徑向向外 導引的壁25。在壁25的外緣處布置有構造成中空圓柱形的額定電流觸頭22。顯而易見，該 觸頭無縫隙地與壁的外緣相連接，但是甚至可直接連結(ansetzen)在壁25的邊緣處。額 定電流觸頭22的面向接觸元件30的端部在其內側上承載包括典型地為PTFE的絕緣噴嘴 50，該絕緣噴嘴50的狹窄部(Engstelle)在開關閉合時通過電弧觸頭31來封閉。套M、壁25、額定電流觸頭22以及絕緣噴嘴50的保持在額定電流觸頭22中的端 部限制用于容納熱電離氣體的加熱腔H，該熱電離氣體由在斷開開關時所產生的切換電弧 S而引起。加熱腔H通過由絕緣噴嘴50和輔助絕緣噴嘴51所限制的加熱通道52與徑向上 由絕緣噴嘴50的狹窄部和擴散段(Diffusor)限制且軸向上由兩個斷開的電弧觸頭21和 31限制的、容納切換電弧S的電弧區域L連通。額定電流觸頭22以氣密且導電的方式在中空缸體41中滑動。因此，中空缸體41、 缸體底部42、觸頭承載件23及套M的壁25限制活塞-缸體-壓縮裝置的壓縮室K，該活 塞-缸體-壓縮裝置帶有由部件41和42所形成的靜止的中空缸體以及由部件23和25所 形成的且由驅動件D來使之運動的活塞。假如在壓縮室K中的壓力等于或高于在加熱腔H 中的壓力，則壓縮室K通過布置在壁25中的止回閥RV1與加熱腔H相連通。兩個彼此在軸向方向中帶有間隔的在中空缸體41中保持靜止的缸體底部42和43 限制以環形地繞著軸線A或觸頭承載件23的方式而導引的擴充腔E1，該擴充腔E1的高度 通過前述的軸向間隔來確定。在缸體底部42中布置止回閥RV2和過壓閥OV1，并且在缸體 底部43中布置止回閥RV3和過壓閥OV2。根據圖1和2的開關以如下方式來動作如果開關-如在圖1或圖2的左半邊所 示出的那樣-閉合，則止回閥RV1, RV2和RV3打開。因此，加熱腔H、壓縮室K及擴充腔E1與 存儲室11連通，并且這些腔室填充有新鮮的絕緣氣體。在切斷電流時，兩個接觸元件20，30相分離，并且在兩個電弧觸頭21，31之間形成 在電弧區域L中燃燒的切換電弧S。由切換電弧所引起的電弧氣體流過絕緣噴嘴50的擴散 段和中空的電弧觸頭21到達存儲室11中，然而還通過加熱通道52進入到加熱腔H中，并且 在該處與已經存在的絕緣氣體相混合成(壓縮的)滅弧氣體(圖1和2，分別為右半邊)。如果僅斷開小電流，則切換電弧S的加熱功率(Heizleistung)通常不足以，可成 功地中斷電流。那么，通過切換電弧S在加熱腔H中所建立的壓力太小，以致于在待斷開的 電流的交零(Nulldurchgang)中利用在加熱腔中存在的滅弧氣體無法成功地吹滅切換電 弧S，并且因此無法中斷電流。然而，借助于活塞-缸體-壓縮裝置產生足夠高的壓力。如在圖1的右半邊所 示出的那樣，在切斷時由于觸頭承載件23和與該觸頭承載件23相連接的、由壁25和觸 頭承載件23所形成的活塞的向下運動，壓縮室K的大小變小。即使當在切斷時從驅動 件D’引入到接觸元件30中的力通過與接觸元件30和絕緣噴嘴50相連接的轉向傳動件 (Umlenkgetriebe)傳遞到接觸元件20時，也實現這種變小。在所有情況中，在切斷時提高位于壓縮室K中的絕緣氣體的壓力，并且止回閥RV2關閉。相反，因為由于來自電弧區段L 的較小量的流入氣體而使存在于加熱腔H中的氣體的壓力沒有顯著升高，因此止回閥RV1 保持打開，并且加熱腔H和壓縮室K彼此連通。因此，所壓縮的絕緣氣體從壓縮室K流入到 加熱腔H中，并且通過加熱通道52到達電弧區域L中。因此，提供了這樣的滅弧氣體，即， 該滅弧氣體的量、壓力及品質足以，在交零時通過以熱學的方式吹滅以足夠的強度冷卻切 換電弧S且相應地成功地中斷電流。滅弧氣體的通過機械力所實現的壓力建立取決于壓縮室K的大小。因而，在壓縮 裝置的活塞或驅動件D，D’的預設的行程中且在加熱腔H的預設的大小中，相比于在應用尺 寸較大的壓縮室K時，在應用尺寸較小的壓縮室K時在滅弧氣體中建立更高的壓力。因為 待實現的小電流的中斷僅需要較小量的充分壓縮的滅弧氣體，因此壓縮室K的大小可保持 相對得小。在切斷大電流時，由于切換電弧S的強烈的加熱作用，相比于在壓縮室K中，在加 熱腔H中壓力建立明顯更高。因此，此時止回閥RV1還關閉。如果在壓縮室K中的壓力超過 預設的極限值，則過壓閥OV1打開。在打開后，壓縮室K通過該過壓閥與擴充腔E1連通，并 且因此限制在壓縮室K中的壓力。如圖2的右半邊所示出的那樣，從壓縮室K流入到擴充 腔^中的、壓縮的絕緣氣體提高在擴充腔E1中的絕緣氣體壓力，并且確保關閉止回閥RV3。在接近電流交零時，在加熱腔H中的壓力下降。一旦在壓縮室K中和在與該壓縮 室K連通的擴充腔E1中的壓力大于在加熱腔H中的壓力，則止回閥RV1打開。此時，壓縮的 滅弧氣體從擴大了擴充腔E1的壓縮室K通過加熱腔H和加熱通道52流動到電弧區段L中 如此所提供的滅弧氣體的量、壓力及品質足以，在交零時通過以熱學的方式吹滅以足夠的 強度冷卻切換電弧S且因此成功地中斷大的電流。因此，在切斷大電流時，擴充腔E1H壓縮室K的為斷開小電流所優化的、相對小的 容積變大。因此，為冷卻在中斷大電流時所產生的、強功率的電弧，提供比在中斷小電流時 更多的滅弧氣體。因為該滅弧氣體通過擴大了擴充腔仏的壓縮室K的大的容積而不是通 過在壓縮室K中的過度高的壓力來實現，因此避免反作用到驅動件上的高的壓力。此外，因 此避免了，在中斷大電流時所壓縮的絕緣氣體從壓縮室K直接引導到存儲室11中。因此， 相比于在根據現有技術的開關情況下，開關的驅動可以有利的方式設計成尺寸更小。在接通時，使觸頭承載件23和因此同樣壓縮裝置的活塞向上運動。在此，在壓縮 室K中產生低壓(Unterdruck)，并且新鮮的絕緣氣體從存儲室11通過打開的止回閥RV3和 RV2吸入到擴充腔E1中并吸入到壓縮室K中。過壓閥OV2限制在擴充腔E1中的壓力。如果該壓力超過預設的響應值(該預設的 響應值典型地等于或稍大于過壓閥OV1的相應的響應值)，則該過壓閥OV2打開。在打開后， 擴充腔E1直接與存儲室11連通，并且因此限制在壓縮室K中的壓力。在根據本發明的開關的從圖3中所顯而易見的第二實施形式中，在中空缸體41處 附加地固定缸體底部44，該缸體底部44共同地與缸體底部43確定擴充腔氏的沿著軸線A 所取向的高度。在缸體底部44中布置止回閥RV4和過壓閥OV3。如果在中斷大電流時在擴充腔E1中的壓力超過預設的響應值，則-如在圖3的右 半邊所示出的那樣-過壓閥OV2也打開。在該閥打開后，擴充腔E1與擴充腔E2連通，并且 因此限制在擴充腔E1中的壓力。同時，流入到擴充腔氏中的、壓縮的絕緣氣體提高在擴充腔氏中的絕緣氣體壓力，并且確保關閉止回閥RV4。過壓閥OV2的響應壓力通常等于過壓閥OV1的響應值。因此，在特別強功率的切換 電弧S中，可相對根據圖1的實施形式還提供附加量的滅弧氣體。過壓閥OV3限制在擴充腔E2中的壓力。如果該壓力超過預設的響應值(該預設的 響應值典型地等于或稍大于過壓閥OV2的相應的響應值)，則過壓閥OV3打開。在打開后， 擴充腔E2直接與存儲室11或與必要時所設置的其它擴充腔相連通，并且因此限制在擴充 腔&中的壓力。過壓閥OV1, OV2, OV3可具有不同的響應壓力，以使得根據電流強度或在加熱腔 H中的壓力建立，或者以使得根據在中斷待切斷的電流時所存在的條件，可逐漸地接入 (zuschalten)不同的數目的擴充腔。如在實施例中所示出的那樣，壓縮室K和擴充腔E1或 者擴充腔E1, E2以及必要時所設置的其它擴充腔沿著軸線A而排列。備選地，擴充腔中的 至少第一個可同軸地包圍壓縮室K和/或擴充腔中的第二個。那么，位于彼此鄰接的腔室 (iMU K ^P E1)之間的閥(例如RVdPOV1)可布置在軸向取向的壁(例如中空缸體41)中。
權利要求
1.一種高壓開關，包括填充有具有滅弧特性的絕緣氣體的殼體(10)，所述殼體(10)限制用于所述絕緣氣體 的存儲室(11)，保持在所述殼體(10)中的觸頭組件，該觸頭組件帶有兩個接觸元件00，30)，所述兩 個接觸元件(20，30)在切換過程中借助于驅動件(D，D’ )沿著軸線(A)相對于彼此運動，固定在第一接觸元件00)處的、環狀地繞著所述第一接觸元件的中空的電弧觸頭 (21)而導引且用作容納電弧氣體的加熱腔(H)，所述加熱腔(H)在切斷時與容納切換電弧 ⑶的電弧區域(L)連通，在切斷時由所述第一接觸元件00)所操縱的活塞-缸體-壓縮裝置，該活塞-缸 體-壓縮裝置帶有環狀地繞著所述中空的電弧觸頭而導引的壓縮室(K)以用于提供 壓縮的絕緣氣體，布置在所述加熱腔(H)中的第一止回閥(RV1),在接通時通過所述第一止回閥(RV1)將 絕緣氣體從所述壓縮室(K)引導到所述加熱腔(H)中，第一過壓閥(OV1),用于限制在所述壓縮室(K)中的壓縮的絕緣氣體的壓力，以及布置在所述壓縮室(K)中的第二止回閥(RV2),在接通時通過所述第二止回閥(RV2)將 絕緣氣體引導到所述壓縮室(K)中，其特征在于，所述開關還包括至少一個用作容納壓縮的絕緣氣體的第一擴充腔(E1), 所述第一擴充腔(E1)在所述第一過壓閥(OV1)打開后與壓縮腔(K)連通，并且此后通過第 三止回閥(RV3)相對于所述存儲室(11)隔絕。
2.根據權利要求1所述的開關，其特征在于，設置有限制在所述第一擴充腔(E1)中的 壓力的第二過壓閥(OV2)。
3.根據權利要求2所述的開關，其特征在于，所述第一擴充腔(E1)通過所述第二過壓 閥(OV2)直接與所述存儲室(11)相連接。
4.根據權利要求2所述的開關，其特征在于，所述第一擴充腔(E1)通過所述第二過壓 閥(OV2)直接與第二擴充腔(E2)相連接。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的開關，其特征在于，所述第二擴充腔(E2)通過 第三過壓閥(OV3)直接與所述存儲室(11)或第三擴充腔相連接。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的開關，其特征在于，在徑向向外限制所述壓縮室 (K)的中空缸體Gl)處固定有至少兩個軸向彼此有間隔的缸體底部02，43)，所述至少兩 個缸體底部G2，43)中的第一缸體底部0 將所述壓縮室(K)和所述第一擴充腔(E1)彼 此相分離，并且共同地與所述第二缸體底部^幻確定所述第一擴充腔(E1)的沿著所述軸 線㈧而延伸的高度。
7.根據權利要求6所述的開關，其特征在于，所述第一過壓閥(OV1)和所述第二止回 閥(RV2)保持在所述第一缸體底部0 處，并且所述第二過壓閥(OV2)和所述第三止回閥 (RV3)保持在所述第二缸體底部處。
8.根據權利要求6或7中任一項所述的開關，其特征在于，在所述中空缸體處 固定有至少一個第三缸體底部(44)，所述第三缸體底部04)共同地與所述第二缸體底部 (43)確定第二擴充腔(E2)的沿著所述軸線(A)而延伸的高度，并且保持第四止回閥(RV4) 以及必要時所設置的第三過壓閥(OV3)。
全文摘要
本發明涉及氣體絕緣高壓開關，具體而言，該高壓開關具有尺寸較小的壓縮室(K)，在該壓縮室(K)中在中斷電流時具有滅弧特性的絕緣氣體借助于開關的驅動件(D，D’)以機械方式壓縮成滅弧氣體。因此，在中斷小電流時可以較小的機械驅動力提供足夠量的滅弧氣體。在中斷大電流時，在過壓閥(OV1)的保持驅動力為較小的響應壓力之上時，滅弧氣體從壓縮室(K)連通到擴充腔(E1)中。那么，為了成功地中斷大電流，在驅動力保持為較小時提供大量的滅弧氣體。
文檔編號H01H33/91GK102117713SQ20101062463
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年1月6日
發明者D·奧爾森, M·克里格爾, N·馬迪扎德, T·克爾 申請人:Abb研究有限公司