專利名稱：氣體絕緣斷路器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氣體絕緣斷路器，例如在動力裝置、變電站和供應電能的其它設備中用來連接和斷開操作電流和過電流的那些，還涉及根據(jù)獨立權利要求的前序部分所述的電弧中斷方法。
背景技術：
滅弧所必需的氣流要求電弧自身所產生的氣體壓力有相當大的差異。通過例如 US6163001A1或EP1225610B1知道了這樣的概念利用在兩個電觸頭之間形成大電流的電弧期間產生的箍縮(pinch)壓力，以用所述箍縮壓力造成的強氣流熄滅電弧。在這些斷路器中，加熱容積中所需的壓力積聚由電弧的箍縮壓力供應。該箍縮壓力由開關軸線的區(qū)域中同一事物的快速收縮產生，并且在十分有限的時間期間會引起從起弧室或起弧區(qū)流到箍縮壓力室中的強軸向氣體，并且在箍縮壓力室中產生強升壓。因此，就產生了強的軸向壓力梯度，該壓力部分地通過返回通道轉移至加熱容積中。如果要用上面提到的斷路器來中斷處于大約30kV的60Hz網(wǎng)絡中高于大約150kA 的短路電流，那么由于熄滅如此高的短路電流下的電弧的氣流的高溫的原因，需要降低額定電壓，以確保適當中斷操作。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目標在于進一步發(fā)展現(xiàn)有技術裝置以及提供允許中斷大于約 150kA的最大電流而不需要將額定電壓降低到上面指示的這種程度的電路中斷方法和適當?shù)臄嗦菲鲀烧?。這些目標通過根據(jù)獨立權利要求的特征實現(xiàn)。其特定的實施例由從屬權利要求聲明。關于創(chuàng)造性的電路中斷方法，該目標通過下面的步驟來實現(xiàn)a)提供具有填充有絕緣氣體的中斷室的氣吹式斷路器，所述中斷室包括起弧區(qū)以及至少兩個可分開起弧觸頭；b)在中斷室的第二加熱容積中存儲一定量絕緣氣體，所述第二加熱容積與電弧區(qū)流體地連接并且可與第一加熱容積流體地連接，其中所述第一加熱容積與起弧區(qū)流體地連接；c)將起弧觸頭彼此分開使得在所述起弧觸頭之間產生電弧，以及使得電弧在第二加熱容積中所產生的氣體壓力比標稱氣體壓力高大約3巴；d)通過從起弧區(qū)進入第二加熱容積的經加熱絕緣氣體對第二加熱容積中的一定量絕緣氣體加壓；e)至少引導至少在步驟d)期間從起弧區(qū)進入第二加熱容積中的經加熱絕緣氣體，使得從起弧區(qū)進入第二加熱容積的經加熱絕緣氣體被第二加熱容積的氣體引導機構阻止與存儲在第二絕緣容積中的一定量絕緣氣體混合，其中第二加熱容積是第一加熱容積的至少20%大；f)通過從起弧區(qū)進入第一加熱容積的經加熱絕緣氣體施加至存儲在第二加熱容積中的氣體上的氣體壓力來將存儲在第二加熱容積中的一定量絕緣氣體噴射到第一加熱容積中；g)通過引導絕緣氣體從第一加熱容積通過至少一個吹送通道返回到起弧區(qū)中來中斷電弧。用語“阻止混合”不應被誤解為，在特別在箍縮模式/箍縮壓力下進入第二加熱容積的經加熱氣體與在中斷過程之前存儲在第二加熱容積中的較冷氣體之間根本不出現(xiàn)氣體混合。事實上，用語“阻止混合”應該被理解成引導機構阻擋(即妨礙、禁止或阻礙)經加熱氣體與第二加熱容積中存儲的冷氣體充分混合，使得當存儲的冷氣體噴射到第一加熱容積中時能夠實現(xiàn)冷卻效果。換句話說，與加壓冷氣體的量相比，在經加熱氣體和存儲的冷氣體的邊界處混合以及由此預熱的氣體的相當小的量可以忽略。在上下文中，涉及存儲在第二加熱容積中的冷氣體的用語“冷”，應該被理解為這樣一個值，即在中斷電弧的步驟前， 第一加熱容積內的絕緣氣體的平均氣體溫度低于2000開爾文(K)，以避免離開第一加熱容積以中斷電弧的吹送氣體有介電問題。與標稱氣體壓力相關的用語3巴被理解為與在起弧之前和/或當將氣吹式斷路器投入運行時完成初始氣體填充后的中斷區(qū)中的標稱氣體壓力相比，中斷區(qū)中有至少3巴的壓力差。簡而言之，本發(fā)明依靠冷壓縮，即采用箍縮效應對存儲的冷氣體加壓，其中，電弧的能量輸出，特別是箍縮壓力，被盡可能有效地用于吹滅電弧。盡管箍縮效應對于支持低于 50kA的電流處的中斷過程可為有用的，但是如果要中斷高于大約150kA的電流(特別是例如高于大約150kA的最大電流)所產生的電弧，那么箍縮效應的意義重大，結果是即使在高開關容量的情況下以及在沒有自身需要高功率的開關驅動器的大尺寸的機械吹滅裝置的情況下，也能保證電路被快速中斷。換句話說，如果來自起弧區(qū)的箍縮壓力源自遠高于 150kA的電流，那么對第二加熱容積中的冷氣體的加壓會變得特別有力。下面的優(yōu)點源于與第一加熱容積相比，第二加熱容積具有較大的尺寸這個事實第二加熱容積與第一加熱容積一起形成用于回熱(baclcheating)的必要空間，其中第二加熱容積具有實質上比US6163001A1或EP1225610B1中公開的斷路器的反饋環(huán)路的橫截面大的橫截面。在源自遠高于50kA的電流處的電弧的箍縮模式狀況下，回熱主要發(fā)生在第二加熱容積中。由于箍縮模式下第二加熱容積中的回熱，能夠實現(xiàn)吹送氣體的所謂的冷壓縮，這形成了第一加熱容積中的在箍縮模式狀況下有效中斷電弧所需要的吹送氣體壓力的重要部分。在噴射步驟之前，能夠實現(xiàn)存儲和加壓的冷氣體的低于1000開爾文的溫度，這取決于斷路器的實施例。此外，所述冷壓縮提供了明顯低于諸如例如US6163001A1或EP1225610B1中所提出的反饋環(huán)路方案中的吹送氣體溫度的吹送氣體溫度。無論如何，在電弧中斷步驟之前，都要降低第一加熱容積中的吹送氣體的吹送氣體溫度。取決于斷路器的實施例，吹送氣體溫度能夠保持遠低于2000開爾文，例如在大約1500開爾文處或低于1500開爾文，使得吹送氣體的介電性能能夠保持在合理的極限內。
第二加熱容積的尺寸對整個氣體空間的貢獻很大，使得金屬蒸氣濃度相比于諸如例如US6163001A1或EP1225610B1中提出的反饋環(huán)路方案被降低。吹送氣體中金屬蒸氣濃度越低，電弧的中斷性能越好。取決于斷路器的實際實施例，在噴射步驟之前，對于第二加熱容積中存儲的氣體的冷壓縮，能夠實現(xiàn)第二加熱容積中的大約2至8的壓縮因數(shù)。由于第二加熱容積的尺寸，第二加熱容積的內表面比諸如例如US6163001A1或 EP1225610B1中提出的反饋環(huán)路方案中的要大，從而導致金屬蒸氣冷凝的可能性提高。再次，吹送氣體中金屬蒸氣濃度越低，電弧中斷性能越好。第二加熱容積形成用于中斷高于大約150kA的電流的單獨的加熱容積，而第一加熱容積單獨用于中斷較低(即低于50kA的電流)的電流。以下優(yōu)點源于在第二加熱容積中存在引導機構在包括例如US6163001A1或EP1225610B1中提出的反饋環(huán)路的斷路器中，由于反饋通道的橫截面比第一加熱容積的橫截面小，所以存儲的冷氣體與從起弧區(qū)進入第二加熱容積的經加熱氣體的混合對于其功能是有害的。如果反饋通道的橫截面充分增大以形成相當大的第二加熱容積，那么存儲的冷氣體和經加熱氣體將徹底混合，使得不能夠實現(xiàn)冷壓縮效果?；旌系内厔菰从谠诟唠娏麟A段之前的電弧形成期間的電弧的不對稱性，例如這種不對稱性可導致第二加熱容積中氣流的不對稱運動，這又會導致冷絕緣氣體和熱絕緣氣體的交叉混合。根據(jù)本發(fā)明，第二加熱容積包括用于至少在步驟d)期間引導從起弧區(qū)進入第二加熱容積的經加熱絕緣氣體的引導機構，使得從起弧區(qū)進入第二加熱容積的經加熱絕緣氣體被第二加熱容積的氣體引導機構阻止與第二加熱容積中存儲的一定量絕緣氣體混合， 以及使得能夠在噴射步驟期間實現(xiàn)存儲的冷氣體進入第一加熱容積中的適當?shù)?即最直接的)氣流。此外，引導機構的表面進一步增加了第二加熱容積的內表面，使得它促進第二加熱容積的內表面上的金屬蒸氣的冷凝，吹送氣體中金屬蒸氣濃度越低，電弧的中斷性能越好。另外，由于引導機構的原因，第二加熱容積的內表面增加進一步允許通過熱傳導對在其中存儲和流動的絕緣氣體進行冷卻。存儲的冷氣體的氣體溫度越低，它就可將吹送氣體的溫度降低的越多，以及從而中斷性能將越好。如果第二加熱容積是第一加熱容積的至少20%大，那么存儲的冷氣體的量將導致吹送氣體的氣體溫度的明顯下降，以及由此基本上促進優(yōu)良的中斷性能。另外或者作為備選方案，對于中斷由高于大約50kA的電流引起的處于箍縮模式的電弧特別是這樣。取決于斷路器的需要以及它(特別是第二加熱容積)可用的空間，引導機構包括用于在第一方向上引導從起弧區(qū)進入第二加熱容積的經加熱絕緣氣體的第一引導元件，以及用于第二方向上引導絕緣氣體而給第一引導元件留下第一部分的第二引導元件，其中第一方向和第二方向具有相反的方向分量，特別是相對于斷路器的縱向方向而言。在這些情況下會更加有利如果縱向方向沿著開關軸線延伸，使得允許也在軸向方向上傳播的箍縮壓力的能量最好地發(fā)揮其力量。對于中斷由高于大約50kA的電流引起的處于箍縮模式的電弧特別是這樣。第二加熱容積中的氣流被至少一個偏轉器機構(例如彎部等)從第一加熱容積改道至第二加熱容積。另外或作為備選方案，引導機構將第二加熱容積細分為彼此流體地分離的多個氣體通道，以防止經加熱氣體與存儲的冷氣體過分混合。換句話說，引導機構可以具有迷宮 (labyrinth)的形狀或外觀，其中引導機構防止經加熱氣體直線狀流動，即在圓柱形斷路器裝置的實例中，在徑向方向上從第二加熱容積的入口流至單向閥而不受妨礙。如果引導機構的特征在于分隔器結構，那么該分隔器會阻止經加熱氣體相對于開關軸線在周向方向上流動，以及由此防止經加熱氣體與冷氣體進行無意的過分混合。如果存儲在第二加熱容積中的冷氣體和從起弧區(qū)進入第二加熱容積的氣體中的至少一個被主動地冷卻，那么離開第一加熱容積的吹送氣體的中斷性能可以進一步提高。 取決于斷路器的實施例，主動冷卻可以通過至少一個冷卻元件來執(zhí)行，特別是散熱片和熱交換器中的至少一種，以主動冷卻在電路中斷過程之前存儲在第二加熱容積中的絕緣氣體和從起弧區(qū)進入第二加熱容積中的經加熱絕緣氣體中的至少一個。對于中斷由高于大約 50kA的電流引起的處于箍縮模式的電弧特別是這樣。關于創(chuàng)造性的斷路器，目標通過具有下述特征的斷路器得以實現(xiàn)填充有絕緣氣體的中斷室，至少兩個可分開起弧觸頭限定起弧區(qū)，其中，在電路中斷過程期間在該至少兩個可分開起弧觸頭之間能夠產生電弧。另外，中斷室包括與起弧區(qū)流體地連接的第一加熱容積和與起弧區(qū)流體地連接的第二加熱容積。所述第二加熱容積能夠通過單向閥與第一加熱容積流體地連接，如果第二加熱容積中的氣體壓力超過預定義值，例如如果第二加熱容積中的氣體壓力超過第一加熱容積中的氣體壓力，單向閥會打開(這取決于實施例和需要)。對于在箍縮模式中斷由高于大約50kA的電流引起的處于箍縮模式的電弧特別是這樣。第二加熱容積是第一加熱容積的至少20%大，且包括引導機構，以至少引導從起弧區(qū)進入第二加熱容積的經加熱絕緣氣體，使得從起弧區(qū)進入第二加熱容積的經加熱絕緣氣體被阻止與在電路中斷過程之前存儲在第二加熱容積中的一定量絕緣氣體混合。在斷路器的特定實施例中，第二加熱容積形成具有曲折的(meander)或迷宮狀外觀的流徑。因而即使在斷路器的可利用縱向截面(空間)相對較小的情況下，也可以增加由第二加熱容積所形成的氣體流徑的整體長度。第二加熱容積所形成的氣體流徑的長度越長，可用于冷卻第二加熱容積中的經加熱氣體的時間和面積越多，使得在可應用時，通過使金屬蒸氣在壁上冷凝或金屬蒸氣反應成金屬氟化物可進一步降低金屬蒸氣的減少。用語 “曲折”應理解為對于路徑和方向的選擇具有復雜的分支(多路線(multicursal))岔路的迷陣(maze)狀結構。因此路徑可以開始、停止、分為兩個或多個部分、并成一個更大路徑， 或者在包括大部分路徑的相反方向的不同方向上流動。用語“迷宮”應理解為具有單個路徑(單路線(imicursal))的結構。因而迷宮只具有從入口通向出口的單個無分支路徑。然而，如果第二加熱容積具有過長的氣流，那么在零電流的情況下的電弧中斷的時間滯后方面是不利的。另一個約束是第二加熱容積越長，通常流阻越大。第一加熱容積至第二加熱容積的入口處的單向閥(止回閥)的壓力阻力可以被選擇為比從箍縮壓力室至第二加熱容積的入口處的壓力阻力低。在任何情況下，單向閥會確保經加熱氣體不通過第二加熱容積而是改為通過至少一個吹送通道離開第一加熱容積。如果到第二加熱容積的入口 /進口的區(qū)域中的氣體噴嘴的幾何結構被最優(yōu)化使得能夠實現(xiàn)低流阻，那么進一步認為這對于中斷效率是有利的。如上面所提到，如果第二加熱容積是第一加熱容積的至少20%大，那么存儲的冷氣體的量將會導致吹送氣體的氣體溫度的明顯下降，以及從而在本質上促進優(yōu)良的中斷質量。關于冷壓縮和隨后噴射到第一加熱容積中的時間滯后的良好平衡比率和第二加熱容積所需的空間、由第二加熱容積的流阻所引起的壓降以及其它因素，如果第二加熱容積介于第一加熱容積的約40%大至約300%大之間，那么能夠實現(xiàn)良好的中斷結果。如果引導機構包括用于將第二加熱容積細分為彼此流體地分離的多個流動通道的至少一個分隔器結構，那么就能實現(xiàn)創(chuàng)造性的斷路器的非?；A的設計。為了避免零電流之后發(fā)生介電問題，有利的是，第二加熱容積布置在斷路器的從中斷區(qū)移位的區(qū)域中，例如相對于開關軸線沿軸向移位至斷路器的其中電場強度相對較低或較小的區(qū)域中。取決于斷路器的實施例，起弧區(qū)通過至少一個入口與第二加熱容積流體地連接， 該入口相對于縱向方向(例如沿著開關軸線)布置在起弧區(qū)和過壓閥之間。此外，該至少一個入口布置為或者從過壓閥移位，例如位于過壓閥和起弧區(qū)之間的大約中心位置處，或者緊鄰過壓閥，使得過壓閥輔助將來自起弧區(qū)的經加熱絕緣氣體饋送至該至少一個入口內。在需要特別強大和有效的吹送氣體的情況下，電弧可以通過包括兩個第二加熱容積的斷路器來中斷，該兩個第二加熱容積沿著開關軸線布置在中斷區(qū)的任一側上，即使得第一加熱容積位于兩個第二加熱容積之間。如果熱傳遞至壁上，那么第二加熱容積中的氣體將被減少，以及/或者如果第二加熱容積內的經加熱氣體具有希望的質量，例如被冷卻，那么第二加熱容積可以包括聚四氟乙烯(PTFE)或者可由從起弧區(qū)進入第二加熱容積的經加熱氣體蒸發(fā)的等效材料。取決于實施例，PTFE可以以例如由PTFE制成的表面涂層或者包括PTFE的涂層的形式設置在第二加熱容積中。取決于對斷路器的要求和需求，可備選地或以組合的方式選擇上面提到的特征。上面關于創(chuàng)造性的方法闡述的優(yōu)點同樣適用于創(chuàng)造性的斷路器，并且反之亦然。根據(jù)權利要求或權利要求的組合，以及當考慮下面更詳細的描述和附圖時，本發(fā)明的另外的實施例、優(yōu)點和應用將變得顯而易見。


將參照下面的示意圖向本領域技術人員展示和闡述本發(fā)明，其中圖1示出了通過根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的斷路器的中斷室區(qū)域的簡化軸向縱截面，其中縱截面的下半部分相對于開關軸線旋轉大約角度α，使得其通過排氣管；圖2示出了通過根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的斷路器的中斷室區(qū)域的軸向縱截面， 其中縱截面的下半部分相對于開關軸線旋轉大約角度α，使得其通過排氣管；圖3示出了通過根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的斷路器的中斷室區(qū)域的軸向縱截面， 其中縱截面的下半部分相對于開關軸線旋轉大約角度α，使得其通過排氣管；圖4示出了沿著圖3的截面IV-IV的簡化截面局部視圖；以及圖5通過壓力-溫度圖表說明本發(fā)明的技術效果。出于本文描述的目的，用語“上”、“下”、“左”、“后”、“右”、“前”、“豎直”、“水平”以
及它們的派生詞將如圖2中所定向的那樣與本發(fā)明相關。然而，應當理解的是除非明確指明相反外，本發(fā)明可以采取多種備選定向和步驟順序。圖中相同的元件或功能上相同的元件賦予相同的參考符號，除非另有說明。部件列表1、la、Ib可消耗開關設備組件2第二接觸部件、第二郁金香形觸頭3第二噴嘴4開關軸線5 銷6第一接觸部件、郁金香形觸頭7、7a、7b 第一噴嘴8過壓閥9起弧區(qū)10 電弧13第一加熱容積14吹送通道15周向壁16來自噴氣容積的吹出通道17第一止回閥I8壓力室19環(huán)形蓋20環(huán)形帽21環(huán)形蓋中的軸向腔體22環(huán)形帽中的軸向腔體23蓋的壁部分M帽的壁部分25第二加熱容積沈第二止回閥(單向閥)27排氣管28冷卻元件29J9aJ9b 分隔器30、30a第二加熱容積的徑向高度31、31a、31b 氣體入口32 排氣口33、33a分隔器的前緣34過壓閥8的活塞35 區(qū)域36第二加熱容積的軸向部分37第二加熱容積的徑向部分38 曲線一39 曲線二
40第一方向41第二方向
具體實施例方式除了其它之外，以下將在詳細描述中提到在圖中，在斷路器實施例(即其可消耗開關設備組件)的所有多幅視圖中，相同的參考標號表示相同的或對應的部件。如圖1中所示，在上半部分顯示斷路器的第一實施例處于閉合位置，而在下半部分顯示斷路器的第一實施例處于打開位置?？v截面的下半部分相對于開關軸線旋轉大約角度α，使得其通過排氣管。如果在周向方向看時斷路器系統(tǒng)相對于開關軸線具有90°對稱性，那么角度α可為45°。然而，如果斷路器系統(tǒng)不具有90° 對稱性，那么角度α可不為45°。斷路器具有殼體，該殼體相對于開關軸線4基本上旋轉對稱，且具有由絕緣材料制成的圓柱形中間殼體部分連接的第一金屬殼體部分和第二金屬殼體部分。這些殼體部分在所有情況都連接至斷路器的相對的終端。在那個殼體內，有例如圖1中所示的可消耗開關設備組件1。在可消耗開關設備組件1外部，尤其具有標稱電流路徑，該標稱電路路徑包括固定標稱電流接觸部件和可動標稱電流接觸部件以及排氣容積、分割元件、開關驅動器和噴氣容積/系統(tǒng)。所有這些項目都沒有顯示，因為它們并不屬于本發(fā)明的核心。出于那樣的目的，對圖1和例如US6163001A中與之相關的描述作出參照?？上拈_關設備組件1包括第二接觸部件2，該第二接觸部件2被設計成具有多個彈性接觸指的第二郁金香形觸頭2，該多個彈性接觸指在周向方向上彼此相互緊挨著，向下傾斜并朝向開關軸線4，并且被槽口分開。與第二郁金香形觸頭2相對布置有第二噴嘴3， 第二噴嘴3包圍開關軸線4并且由電絕緣材料制成。第二噴嘴3具有朝向左張開的漏斗形狀?；?未示出)設置在第二噴嘴3的左手側，并容納可動觸銷5。所述觸銷5在斷路器的閉合位置能夠通過開關驅動器來沿著開關軸線4軸向移動，并且通過第二郁金香形觸頭 2凸出至同樣形成為郁金香形觸頭的第一接觸部件6中，使得接觸部件2和6利用它們的接觸指觸碰銷5的殼表面。在本布置中，所述接觸指彈性變形，結果它們在觸銷5上施加相當高的接觸壓力，以保證適當?shù)碾娊佑|。第二噴嘴3緊固在殼體的分割壁中的中心開口中。第一接觸部件6被構造成與第二接觸部件2類似，并且因此被第一噴嘴7附連和鄰近。而且第一噴嘴7包圍開關軸線4并且也由電絕緣材料制成。第一噴嘴7具有朝向右張開的漏斗形狀，并且抵靠過壓閥8。與圖1中上半部分中過壓閥8的閉合位置不同，下半部分顯示過壓閥8處于其打開位置。在電路的打開位置，觸銷14被拉至左邊，結果其尖端處于第二接觸部件2的左邊。 起弧區(qū)9在電弧室中的第二接觸部件2和第一接觸部件6的接觸指之間延伸，使得在中斷電流時可在起弧區(qū)9中產生電弧10。起弧區(qū)9被第一環(huán)形加熱容積13所包圍，該第一環(huán)形加熱容積13通過氣隙連接至起弧區(qū)，該氣隙將郁金香形觸頭2和郁金香形觸頭分開，并且形成周向吹送通道14。第一加熱容積13在外部被絕緣材料制成的周向壁15密封。在第二噴嘴3處，在可消耗開關設備組件的周邊上分布有例如4個噴氣容積。取決于實施例，這些噴氣容積各自具有能夠被開關驅動器促動且各自通過吹出通道16連接至第一加熱容積13 的活塞。第一止回閥17在所有情況下均安裝在通向第一加熱容積13的排氣通道16的開口中。當在開關軸線的方向觀察時，起弧區(qū)9緊鄰壓力室18布置，該壓力室18通過第一接觸部件6的指向左側的郁金香形觸頭的接觸指的端部在結構上與起弧區(qū)9分開。壓力室 18在徑向上被郁金香形觸頭6和第一噴嘴7的第一鄰接環(huán)形蓋19限定，使得它具有向右張開的漏斗形狀。在其右手側，壓力室18被具有包括彈簧機構的一體過壓閥8的噴嘴7的第一鄰接環(huán)形帽20限定。在壓力室18中產生過度氣體壓力的情況下，過壓管打開8，使得壓力室18與排氣容積液壓連接，從而允許氣體離開壓力室18以防止斷路器的機械損壞。取決于這些要求，過壓閥8可以被布置在不與開關軸線4同心的地方。蓋19和帽20兩者的特征分別在于若干軸向腔體21和22，其中蓋19的腔體21在徑向上相對于帽20的對應的腔體22移位，使得在所有情況下限定蓋19的兩相鄰腔體21 的壁部分23Q4)形成指向帽20中的對應的腔體22的底部的突起23，保持并且反之亦然。 這樣蓋19和帽20的表面齒輪或齒彼此嵌入地相互面對。因此，產生在蓋19和帽20之間的空間形成了具有迷宮型形狀的第二加熱容積25，在緊鄰于壓力室18的第二加熱容積25 的末端具有周向氣體入口 31。因此，壁部分23、24以及腔體21、22的氣體接觸表面至少對于由起弧區(qū)進入到第二加熱容積的氣體用作引導機構，并且在某種程度上其還作為第二加熱容積25中的冷氣體的引導機構。腔體21的內表面或底表面作為第一引導元件21，用于在朝向用作第二引導元件22的腔體22的底表面的第一方向40上引導由起弧區(qū)進入第二加熱容積25的經加熱絕緣氣體。第二引導元件22在具有與第一方向40相反的方向分量的第二方向41上引導氣流。第二加熱容積25和氣體入口 31兩者都相對于開關軸線4旋轉對稱。在本實施例中，腔體21和22在周向方向上完全繞著開關軸線4延伸。然而，在需要時，可改為提供若干氣體入口。第二止回閥26(偶爾也被稱作單向閥26)安裝在第二加熱容積25的遠端的開口中，使得當達到閾值時，止回閥26會流體地連接第二加熱容積25和第一加熱容積13。在一個實施例中，如果第二加熱容積25內的氣體壓力超過第一加熱容積13中的氣體壓力，那么就達到了預定義的閾值。第一實施例包括沿著開關軸線布置的兩個第二加熱容積25，使得第一加熱容積13位于兩個第二加熱容積25之間。第二加熱容積25布置在沿軸向從起弧區(qū)9移位的斷路器的區(qū)域35中?？上拈_關設備組件1的整個殼體及其附近填充有諸如例如SF6的合適的絕緣氣體。與US6163001A中公開的可消耗開關設備組件比較，本可消耗開關設備組件1具有改進的中斷效率，因為其包括兩個第二加熱容積25，這尤其在電流高于150kA時對中斷質量具有重要貢獻。為避免冗長的說明，第二噴嘴3中的第二加熱容積的大致配置與第一噴嘴7中的相同。因此它們用相同或類似的參考符號表示。噴氣缸體的僅指示的吹出通道16與第一噴嘴7的排氣管27類似，在結構上與第二噴嘴3中的第二加熱容積25分開。如圖1、2和3所示，這樣一種結構上的分離例如可通過管實現(xiàn)。在需要時，壓力室18以及第二加熱容積25和第一加熱容積13的內壁或壁部分能夠襯有由諸如例如聚四氟乙烯的合適材料制成的層或涂層，如果這需要的話。這種措施的技術效果在于襯套材料的氣化，這會增加氣體的量和氣體壓力，同時吸收能量，這兩者都對改進熄滅效果有貢獻。如果在第二單向閥沈處的第二加熱容積25的遠端處被加壓的冷氣體的溫度需要進一步降低，那么可能需要例如通過熱管或類似物進行進一步冷卻。在圖1以及隨后的附圖中，這可通過至少一個冷卻元件28實現(xiàn)。由于這樣的冷卻元件28是可選的，所以它們在圖1中用虛線表示。取決于第二加熱容積25的尺寸和實施例，通過在迷宮形第二加熱容積25的至少一部分內，優(yōu)選在第二加熱容積25的在第二單向閥沈處的遠端區(qū)域處提供至少一個分隔器四，可以阻止或至少限制冷氣體和從壓力室進入第二加熱容積的經加熱氣體相對于開關軸線沿周向方向的不合需要的氣體運動。在基本實施例中，這些分隔器四由板狀壁四形成，板狀壁四在將環(huán)形帽20組裝至環(huán)形蓋19上的階段期間，可插入到對應的槽口(未顯示在圖1中)中。備選地，如果需要的話，這些分隔器四可結合于帽20中和/或蓋19中。 取決于需要，這些板狀分隔器四可相對于開關軸線4徑向定向。在圖1中，這些分隔器四只分隔了分隔蓋19中的腔體21，且沿開關軸線4的方向(在第一噴嘴7中朝著過壓閥4向右)只延伸到第一邊緣33。然而，在其它實施例中，這些分隔器可沿著第二加熱容積的整個長度延伸，其中用語“長度”應該理解為來自壓力室18氣體的絕緣氣體通過噴嘴的流徑。如果使用這些分隔器19，那么根據(jù)本申請的要旨，它們還用作氣體引導機構。假如在開關軸線4的方向上看，迷宮的高度30相對于其橫截面而言相對較低，那么可能不需要分隔器四來保證從起弧區(qū)9進入第二加熱容積25的氣體不與第二加熱容積 25中，特別是靠近第二單向閥沈存儲的一定量絕緣氣體過度混合。出于該原因，分隔器四對于圖1中示出的實施例是可選的，并且因此在圖1中用虛線表示?？上拈_關設備組件的斷開操作進行如下假如要中斷低于50kA的電流的所謂低電流電弧，那么該電弧不會在例如第一加熱容積13和第二加熱容積25中引起足夠的(即大量的)回熱。因此電弧要借助于壓力室， 例如通過第一閥17將氣體噴射到第一加熱容積13中的噴氣系統(tǒng)來中斷。第二單向閥沈處于其縮回(關閉)位置，使得氣體被迫通過環(huán)形氣隙14形成的吹送通道離開第一加熱容積13。在大于約50kA但小于約80kA的電流的中等電流電弧，以及約IOOkA至大約150kA 的高電流(即低于最高電流)的情況下，這樣的中等電流或高電流會在第一加熱容積13中產生足夠的回熱用于中斷電弧10，而不需要噴氣系統(tǒng)的輔助。在這種情況下，箍縮作用已通過在第二加熱容積25中的氣體的回熱而對中斷過程有所貢獻。然而，第二加熱容積25對中斷效率貢獻的份額小于第一加熱容積13的份額。在150kA至大約200kA的所謂最高電流時，電弧引起完全箍縮狀況，其中電弧10 引起的箍縮壓力非常強大。在最高電流下電弧在第二加熱容積25中引起大量回熱從而在其中造成大量冷壓縮。因此，準備用于中斷電弧的氣體的吹送溫度低于2000開爾文。注意， 吹送氣體包括第一加熱容積13中被電弧直接加壓的氣體以及來自第二加熱容積25的加壓冷氣體。在最高電流情況下，第二加熱容積25對中斷效率貢獻的份額大于第一加熱容積13 的份額。盡管圖1中所示的可消耗開關設備組件的第一實施例包括兩個噴嘴3、7以及兩個第二加熱容積25，但是僅具有一個第二加熱容積，例如在第一接觸元件6和第一環(huán)形帽20 之間提供的第二加熱容積的備選實施例可為適當?shù)摹⒄請D2描述這種斷路器的一個類似實施例，圖2示出了創(chuàng)造性的斷路器的第二實施例。為了避免元件的冗長的重復，申請人所聲稱的這些元件的功能和其得到的效果適于對圖1中所示的第一實施例的解釋說明。因此，在圖2中這些元件用相同的參考標號表示。在下文中，重點放在圖2中所示的第二實施例Ia和斷路器的第一實施例1的區(qū)別上。第二實施例Ia的特點在于布置在起弧區(qū)9的右手側的僅一個噴嘴7a。這樣，吹送通道16結合在第二接觸部件2中。在第二實施例Ia中，起弧區(qū)9通過氣體入口 31a與第二加熱容積25流體地連接。 第二加熱容積25和氣體入口 31a兩者都相對于開關軸線4旋轉對稱。氣體入口 31a相對于由開關軸線4限定的縱向方向布置在起弧區(qū)9和過壓閥8之間，其中氣體入口 31a以從過壓閥8移位的方式布置在過壓閥8和第二接觸部件6的接觸指之間。然而，在需要時，可改為提供若干氣體入口。由于過壓閥8在縱向上在一端限定壓力室18，所以從起弧區(qū)9進入壓力室18的經加熱氣體通常主要通過那個氣體入口 31a離開壓力室18，除非在過度過壓的情況下，在這種情況下，允許氣體離開壓力室18直接到達排氣口 32。再次，取決于第二加熱容積25的橫截面和尺寸，可能需要分隔器四來阻止或避免第二加熱容積25中冷氣體和經加熱氣體的不合需要的氣流，使得氣體特別是在第二加熱容積25的遠端區(qū)域中在第二單向閥沈處混合。與第一實施例1相比，第二實施例Ia(特別是其第二加熱容積25)的優(yōu)點在于其更加易于制造，因為其幾何復雜性低于第一實施例1中的第二加熱容積。另一方面，迷宮形第二加熱容積25所形成的氣體流徑的整體長度比第一實施例1中的短。創(chuàng)造性的斷路器的第三實施例Ib在下文中參照圖3和圖4討論。因此，下面的解釋以對斷路器及其可消耗開關設備組件的第三實施例Ib與第二實施例Ia的比較為基礎。 為了避免對元件的冗長的重復，申請人所聲稱的這些元件的功能和它們得到的效果適于對圖1和圖2中分別顯示的第一實施例和第二實施例的解釋。因此在圖3中這些元件也用相同的參考標號表示。因此，重點放在斷路器的第三實施例Ib與第二實施例Ia的區(qū)別上。首先，第三實施例Ib的特點在于布置在起弧區(qū)9的右手側的僅一個噴嘴7b。吹送通道16結合在第二接觸部件2中。此外，氣體入口 31b緊鄰過壓閥8布置，使得過壓閥 8的34輔助引導來自起弧區(qū)9的經加熱絕緣氣體進入入口 31b。為了支持氣體最佳地流動通過入口 31b，過壓閥8的活塞34相應成形，從而促進有低的流阻值和小的壓力損耗。再次，第二加熱容積25和氣體入口 31b兩者都相對于開關軸線4旋轉對稱。然而，在需要時， 可改為提供若干氣體入口。在第三實施例Ib中，第二加熱通道25的高度30a相對于其在開關軸線4的方向上看的橫截面比在第一或第二實施例l、la中大。由于更高的高度易于導致相對于開關軸線4沿周向方向在第二加熱容積25內有不合需要的氣體運動以及由此有不合需要的氣體混合，所以已經提供了若干分隔器^a。如在沿著圖3的平面IV-IV的橫截面中所顯示，在簡化圖4中，在第三實施例Ib中，八個分隔器^a布置成沿周向方向彼此等距地移位，且相對于開關軸線4具有徑向定向。如圖3和圖4所示，分隔器的長度幾乎沿著第二加熱容積25的整個長度延伸，其中用語長度應理解為來自壓力室18氣體的絕緣氣體通過噴嘴7b的流徑。因此，在圖3中可以看到到達過壓閥8的活塞34所在區(qū)域的分隔器^a的前緣33。 在此實施例Ib中，至少從起弧區(qū)9進入第二加熱容積25的經加熱絕緣氣體的縱向引通過過介于第二加熱容積25的軸向部分36和徑向部分37之間的彎曲部、借助第一噴嘴7b的內表面執(zhí)行，而對氣體在相對于開關軸線4的周向方向的引導則通過分隔器19來執(zhí)行。在圖4的下半部分中示出了備選分隔器布置，其中以備選的方式，每個第二分隔器29b被設計為具有比其余的分隔器29a短的長度。如前面提到的分隔器^a，這些第二分隔器^b也在第二加熱容積25的遠端處在單向閥沈處將第二加熱容積25分隔為多個子部分，但是它們的長度只延伸到第二加熱容積25的水平部分與其徑向部分37連結所處的彎曲區(qū)域之前。這樣一個第二分隔器29b的前緣33a可位于其中的代表性區(qū)僅僅在下半部分中指示，以避免混淆，以及增進對圖3的理解。在此第三實施例Ib中，分隔器^a09b) 和第一環(huán)形蓋19均由一個零件制成，即為單本體的。取決于對排氣管27的需要，它們可以是例如圖4所示的漏斗形，或者例如圖3所示的筆直的，其中為了簡單僅僅顯示了筆直方案。在圖4中，僅僅示出了在下半部分中提供的一個示例性排氣管27，而為了增強圖4的可讀性和清楚度，已經略去了另外的排氣管。除了分割第二加熱容積25外，圖4還示出了位于第二加熱容積25的遠端處在單向閥沈處的第二加熱容積25的形狀。所述形狀對應于環(huán)形環(huán)截面。取決于單向閥沈的實施例，上述同樣可以應用于它們。為了清楚和更好地理解，單向閥沈沒有在圖4的下半部分中顯示。由于噴嘴7b的幾何結構比圖2中示出的噴嘴7a的幾何結構更為基本，所以實施例Ib與實施例Ia相比更易于制造。圖5通過壓力-溫度圖表示意性地說明本發(fā)明的技術效果，其中橫坐標表示第一加熱容積中的氣體壓力，以及其中縱坐標表示第一加熱容積內的吹送氣體的溫度。2000開爾文線代表邊界線，在該邊界線以上，絕緣氣體SF6的介電能力典型地在電方面會變得無效。曲線一 38表示由于第二加熱容積中大約6巴的預壓縮引起的第一加熱容積13中的壓力積聚。曲線二 39表示由于第二加熱容積中大約20巴的預壓縮而引起的第一加熱容積13 中的壓力積聚。因此圖表清楚地顯示冷壓縮的量形成中斷質量的重要因素，特別是在要中斷由超過150kA的電流所產生的最高電弧的情況下，在此情況下，需要最高的吹送氣體壓力。在這個圖表中，在將冷氣體導入第一加熱容積之前，將第二加熱容積中的冷氣體預壓縮從6巴提高至20巴允許使第一加熱容積中的壓力積聚翻倍，而不會過度地影響吹送氣體溫度。如果在第二加熱容積中實現(xiàn)甚至更高的預壓縮，即冷壓縮，那么在第一加熱容積內可以實現(xiàn)甚至更高的壓力?；诒疚牡慕虒В瑢τ诒绢I域技術人員來說將顯而易見的是，在不偏離本公開及其更寬方面的前提下，可以進行改變和修改。也就是說，本文在上面所闡述的所有實例意圖為示例性的而非限制性的。
權利要求
1.一種電路斷開方法，包括以下步驟a)提供具有填充有絕緣氣體的中斷室的氣吹式斷路器(l，la，lb)，所述中斷室包括起弧區(qū)(9)以及至少兩個可分開起弧觸頭0，6)；b)在所述中斷室的第二加熱容積0 中存儲一定量絕緣氣體，所述第二加熱容積 (25)與所述起弧區(qū)(9)流體地連接，且能夠與第一加熱容積(1 流體地連接，其中，所述第一加熱容積(1 與所述起弧區(qū)(9)流體地連接；c)將所述起弧觸頭(2，6)彼此分開，使得在所述起弧觸頭(2，6)之間產生電弧(10)， 以及使得所述電弧(10)在所述第二加熱容積0 中產生的氣體壓力比標稱氣體壓力高大約3巴；d)通過從所述起弧區(qū)(9)進入所述第二加熱容積0 的經加熱絕緣氣體對所述第二加熱容積0 中的所述一定量絕緣氣體加壓；e)至少引導至少在步驟d)期間從所述起弧區(qū)(9)進入所述第二加熱容積0 中的所述經加熱絕緣氣體，使得從所述起弧區(qū)(9)進入所述第二加熱容積0 的所述經加熱絕緣氣體被所述第二加熱容積0 的氣體引導機構03，M，29，^a)阻止與存儲在所述第二加熱容積0 中的所述一定量絕緣氣體混合，其中，所述第二加熱容積0 是所述第一加熱容積(13)的至少20%大；f)通過從所述起弧區(qū)(9)進入所述第一加熱容積(1 中的所述經加熱絕緣氣體施加在存儲在所述第二加熱容積0 中的所述氣體上的氣體壓力來將存儲在所述第二加熱容積0 中的所述一定量絕緣氣體噴射到所述第一加熱容積(1 中；g)通過引導所述絕緣氣體從所述第一加熱容積(1 通過至少一個吹送通道(14)返回到所述起弧區(qū)(9)來中斷所述電弧(10)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二加熱容積0 是所述第一加熱容積(1 的至少40%大，以及/或者其中，所述電弧(10)在步驟c中處于箍縮模式。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氣體引導機構(21，22，23，24， 29,29a)a)包括用于在第一方向GO)上引導從所述起弧區(qū)(9)進入所述第二加熱容積05)的經加熱絕緣氣體的第一引導元件01)，以及用于在第二方向Gl)上引導絕緣氣體而給所述第一引導元件留下第一部分的第二引導元件0幻，其中，所述第一方向GO)和所述第二方向Gl)具有相反的方向分量；以及/或者b)將所述第二加熱容積0 細分為彼此流體地分離的多個氣體通道。
4.根據(jù)權利要求1至4中的任一項所述的方法，其特征進一步在于，主動冷卻存儲在所述第二加熱容積0 中的所述絕緣氣體和從所述起弧區(qū)(9)進入所述第二加熱容積05) 中的所述氣體中的至少一個。
5.一種斷路器(l，la，lb)，包括填充有絕緣氣體的中斷室，至少兩個可分開起弧觸頭 (2,6)限定起弧區(qū)(9)，其中，在電路中斷過程期間，在所述至少兩個可分開起弧觸頭(2，6) 之間能夠產生電弧(10)，其中，所述中斷室包括與所述起弧區(qū)(9)流體地連接的第一加熱容積(1 和與所述起弧區(qū)(9)流體地連接的第二加熱容積05)，以及其中，所述第二加熱容積0 能夠通過單向閥06)與所述第一加熱容積(13)流體地連接，如果所述第二加熱容積中的氣體壓力超過預定義值，所述單向閥06)就打開，其中，所述第二加熱容積0 是所述第一加熱容積(1 的至少20%大，并且其中，所述第二加熱容積0 包括用于至少引導從所述起弧區(qū)(9)進入所述第二加熱容積0 的經加熱絕緣氣體的引導機構(23，24，四，29a)，使得從所述起弧區(qū)(9)進入所述第二加熱容積 (25)的所述經加熱絕緣氣體被阻止與在所述電路中斷過程之前存儲在所述第二絕緣容積 (25)中的一定量絕緣氣體混合。
6.根據(jù)權利要求5至7中的任一項所述的斷路器，其特征在于，所述引導機構(21，22， 23，24)包括用于在第一方向GO)上引導從所述起弧區(qū)(9)進入所述第二加熱容積05)的經加熱絕緣氣體的第一引導元件01)，以及用于在與所述第一方向GO)不同的第二方向 (41)上引導絕緣氣體而給所述第一引導元件留下第一部分的第二引導元件02)，其中，所述第一方向GO)和所述第二方向Gl)具有相反的方向分量。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的斷路器，其特征在于，所述第二加熱容積0 形成具有曲折的或迷宮狀外觀的流徑。
8.根據(jù)權利要求5至7中的任一項所述的斷路器，其特征在于，所述引導機構09， 29a)包括至少一個分隔器結構，以將所述第二加熱容積細分為彼此流體地分離的多個流動通道。
9.根據(jù)權利要求5至8中的任一項所述的斷路器，其特征在于，所述第二加熱容積 (25)為所述第一加熱容積(13)的至少40%大。
10.根據(jù)權利要求5至10中的任一項所述的斷路器，其特征在于，所述第二加熱容積 (25)介于所述第一加熱容積(13)的大約40%大至約300%大之間。
11.根據(jù)權利要求5至10中的任一項所述的斷路器，其特征在于，所述第二加熱容積 (25)布置在從中斷區(qū)(9)移位的所述斷路器的區(qū)域(35)中。
12.根據(jù)權利要求5至11中的任一項所述的斷路器，其特征在于，所述第二加熱容積 (25)包括聚四氟乙烯。
13.根據(jù)權利要求5至12中的任一項所述的斷路器，其特征在于，所述第二加熱容積 (25)包括至少一個冷卻元件(觀)，特別是散熱片和熱交換器中的至少一個，以主動冷卻在所述電路中斷過程之前存儲在所述第二加熱容積0 中的所述絕緣氣體以及從所述起弧區(qū)(1 進入所述第二加熱容積0 中的所述經加熱絕緣氣體中的至少一個。
14.根據(jù)權利要求5至12中的任一項所述的斷路器，其特征在于，所述起弧區(qū)(9)通過至少一個入口(31，31a，31b)與所述第二加熱容積0 流體地連接，所述入口(31，31a， 31b)相對于縱向方向布置在所述起弧區(qū)(9)和過壓閥(8)之間，其中，所述至少一個入口 (31, 31a, 31b)布置為a)從所述過壓閥(8)移位；或者b)緊鄰所述過壓閥(8)，使得所述過壓閥(8)協(xié)助將來自所述起弧區(qū)(9)的經加熱絕緣氣體饋送到所述至少一個入口(31b)中。
15.根據(jù)權利要求5至13中的任一項所述的斷路器，其特征在于，兩個第二加熱容積 (25)沿著開關軸線布置，使得所述第一加熱容積(13)位于它們之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣體絕緣斷路器。一種包括具有起弧區(qū)的中斷室的氣吹式斷路器的電路斷開方法。一定量絕緣氣體被存儲和預壓縮在中斷室的第二加熱容積中。第二加熱容積與起弧區(qū)和第一加熱容積流體地連接，第一加熱容積也與起弧區(qū)流體地連接。電弧產生后，第二加熱容積中的該一定量絕緣氣體被從起弧區(qū)進入第二加熱容積的經加熱絕緣氣體加壓。從起弧區(qū)進入第二加熱容積的經加熱絕緣氣體由第二加熱容積的氣體引導機構所引導，使得該經加熱絕緣氣體被第二加熱容積的氣體引導機構阻止與第二加熱容積中存儲的一定量絕緣氣體混合。
文檔編號H01H33/98GK102568921SQ20111046306
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權日2010年11月22日
發(fā)明者E·曼茨, M·西格, N·巴塞 申請人:Abb研究有限公司