CN101529676A - 断路装置和断路装置的操纵方法 - Google Patents

Abstract

在电网(1)的漏电路径(2)中布设一个避雷器(3)。此外在漏电路径(2)内还设有一个断路装置(5)，该断路装置具有第一电极(8)和第二电极(9)。在第二电极(9)内设有凹槽(14)，至少部分气体发生器(18)装在凹槽(14)中。凹槽(14)用罩盖(12)覆盖。在断路装置(5)响应时，除了在断路装置(5)内部所设的飞弧室(15)之外，需要提供用于容纳膨胀气体的附加容积。

Description

断路装置和断路装置的操纵方法

技术领域

本发明涉及一种断路装置，它有第一电极和第二电极，其中第二电极有一个凹槽，该凹槽容纳至少部分气体发生器。

背景技术

例如由瑞士专利文件CH347885已知这种断路装置。在那里介绍了一种避雷器，它配备有断路装置以用于切断电流。断路装置有第一和第二电极，它们彼此隔开距离，其中第二电极的凹槽部分被第一电极伸出。凹槽设计为在其中容纳气体发生器，在这里基于气体发生器的造型将凹槽封闭。围绕气体发生器地，第二电极具有凸肩，所以凸肩用作飞弧的底点区。借助凸肩应保护在那里的气体发生器防止闪过飞弧。此外现有技术指出，还可以设其他屏蔽装置。尽管在现有技术中介绍了气体发生器的屏蔽装置，但气体发生器的响应特性不太精确。其结果是，在一系列结构类型相同的断路装置中，启动特性差异很大。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是提供一种断路装置，它有更好的启动特性。

按照本发明上述技术问题在本文开头所述类型的断路装置中是这样得以解决的，即，所述凹槽用导电的罩盖覆盖。

由现有技术已知的气体发生器借助环形的场控电极屏蔽，这种屏蔽一方面起将飞弧导引到第二电极的凸出的体棱上的作用，以及另一方面这些体棱也用于屏蔽气体发生器。由于所述的多重用途，所以在体棱的设计方面需要协调。

通过设置按照本发明的罩盖，存在将飞弧的底点导引和控制在气体发生器附近一个更大的范围内的可能性。由此使飞弧的加热作用能以更好的方式作用在气体发生器上，与此同时防止直接跳跃到气体发生器的外壳上，因为气体发生器处于无场空腔的内部，以及气体发生器本身不是无场空腔屏蔽装置的组成部分，因此能够以更好的方式调整断路装置的响应特性。对于某些情况，不需要在操纵时，亦即在电极之间引燃飞弧时，启动气体发生器。尤其在弱功率的飞弧时便属于这种情况。飞弧功率的强度由其绝对量及其随时间的变化确定。通过所述的罩盖，使功率弱的飞弧在断路装置内部的弧形路径加长，以及飞弧可能提前熄灭。这还得到附加的支持，因为通过罩盖在导电材料上提供更大容积，这种材料可以快速散热。在这里为了调整气体发生器的响应阈值例如可以规定改变罩盖的壁厚。也可以规定，为导电罩盖使用不同的复合材料或合金。在气体发生器的启动仅通过飞弧的作用实现的断路装置中设置导电罩盖是特别有利的。这种断路装置也称为“单向断路装置”。与之相反，在“双向断路装置”上设附加的加热元件，可通过它启动气体发生器。

作为气体发生器可例如采用含爆炸材料的雷管，例如空弹筒。然而也可以使用其他烟火元件。

可以有利地规定，罩盖与第二电极导电接触。

通过与第二电极导电连接，可以方便地将电极的电势传输给罩盖。例如可以规定，罩盖导引燃烧中飞弧的底点。尤其是一种将第二电极与飞弧腔分开的罩盖时，提供了一种防止第二电极烧损的可能性。因此可以使用比较便宜的材料作为电极材料。对于与第二电极的体积相比体积较小的罩盖，可以采用一种耐烧损的合金材料。此外，由于在电极上布设单独的罩盖，所以能够将电极与不同形状的罩盖组合。因此可以方便地造成不同设计的飞弧轨迹。

另一项有利的设计可以规定，罩盖成形为帽状。

除了将罩盖设计为例如平板形状外，有利的是罩盖采用一种造型。这种造型用于将飞弧底点保持在罩盖上规定的范围内，并由此形成一个飞弧底点区。此外，罩盖的帽状造型可用于例如使气体发生器对中和定位。在这方面有利的是，罩盖例如具有圆顶形隆凸。在这里这种圆顶形的隆凸可以有各种形状。例如可以采用帽状罩，或也可以规定设计为截锥形或圆柱形球体。在这方面有利的是，为帽状区设置环形接片，以便罩盖能定位或固定。此外采用帽状罩盖可以在断路装置内部分割为不同的容积部分。采用通过或深或浅冲压而成的帽的造型，可以可变化地分割容积部分。例如可以分出一些容积部分，它们规定只是在需要时用于容纳例如飞弧的烧损产物，或用于暂时承接膨胀气体。

另一项有利的设计可以规定，气体发生器在凹槽内可运动导引地压靠在罩盖上。

通过可运动地安置气体发生器，使它可以在飞弧燃烧期间置身于运动之中。为此可例如利用膨胀气体。通过将飞弧能量转换为气体发生器的运动，可以部分减小在断路装置内部的飞弧能量。例如气体发生器可以在一个圆柱形的凹槽中导引移动，它可以在此凹槽内像活塞那样移动。通过将气体发生器压靠在罩盖上，使气体发生器在断路装置未被操纵的状态下，始终处于规定用于导引飞弧的那个区域附近。由此可以例如在发生强功率飞弧的情况下保证快速响应时间。在这方面有利的是，例如借助一个可弹性变形的元件，如螺旋弹簧，实现将气体发生器压靠在罩盖上。此外，通过挤压气体发生器提供了这样一种可能性，即，使之例如在小功率飞弧的情况下，克服可弹性变形的元件的压紧力离开罩盖，以及在小功率飞弧渐灭时气体发生器重新返回其靠放在罩盖上的原始位置。由此有可能以更佳的方式控制断路装置的启动。

另一项有利的设计可以规定，凹槽为盲孔状，在其面朝罩盖的端部横截面扩大。

如前言已提及的那样，空弹筒尤其适用作为气体发生器，它插入到设计为盲孔的凹槽中。空弹筒在底部区内具有径向边沿，它在空弹筒置入凹槽中时被装在凹槽的扩大的横截面内。由此提供一种使气体发生器齐平地插入到凹槽中的可能性。扩大的横截面其朝盲孔状凹槽的底部区方向延伸的深度应设计为，当弹筒朝盲孔底方向运动时，在空弹筒的环形边沿搁置前，空弹筒的相反端已经间接或直接地碰撞在盲孔底上，并因而限制起气体发生器作用的空弹筒的运动。

还可以有利地规定，第一电极具有第一飞弧底点区，以及罩盖具有第二飞弧底点区。

飞弧底点区用于控制和传导处于燃烧状态的飞弧。为此飞弧底点区可例如具有圆形结构、圆环形结构、含有隆凸的结构、帽状结构等。通过在第一电极上和在罩盖上分别设置一个飞弧底点区，可以将断路装置的飞弧腔设计成相当多的样式。

另一项有利的设计可以规定，罩盖具有气体通道。

借助罩盖上的气体通道提供这样一种可能性，即，例如通过凹槽将部分气体压力从断路装置的飞弧腔迂回引出。由此可以在需要的情况下通过气体通道增大断路装置飞弧腔的容积。除此之外，通过气体发生器可移动地装在其与汽缸一样的凹槽中，以及取决于气体压力的大小气体发生器实施或多或少的移动，可以附加地提供更多可供使用的容积。在这里，气体发生器和气体通道按阀的方式配合作用。因此有可能对飞弧的作用实施抑制。由此防止气体发生器阶跃式地启动，以及尤其在高能飞弧(它们必然导致直接启动气体发生器)与低能飞弧(它们处于启动阈值的范围内)之间的极限范围内，可以实现更精确地启动断路装置。气体通道的横截面应当小于在罩盖上规定用于导引飞弧的飞弧底点区。

另一项有利的设计可以规定，罩盖定位在一个将两个电极彼此隔开距离的绝缘体上。

绝缘体可以用于将两个电极隔开距离和定位，包括用于将罩盖固定。此外，绝缘体还可以设计为，它构成断路装置飞弧腔的至少部分边界。为此例如建议采用空心圆柱形的绝缘体。尤其使用夹紧配合或压配合，可以赋予整个装置足够的机械稳定性。这种连接形式使各构件彼此有足够程度的密封。此外可以有利地规定，绝缘体有规定的阻抗值。由于这种阻抗值，可以与飞弧轨迹平行地控制经由飞弧轨迹的电压降。因此可以有目的地引入在飞弧轨迹内的火花放电。

此外可以规定，与绝缘体并联一个欧姆电阻，它与第一电极和第二电极或罩盖电接触。由此有可能在采用高电阻绝缘体时有目的地调整断路装置的启动。与断路装置的结构设计无关，经飞弧轨迹接通的电阻元件，可以决定断路装置不同类型的操纵特性。

此外可以有利地规定，第一电极、第二电极和绝缘体埋入电绝缘包皮内。

作为电绝缘的包皮可以采用浇注物料，例如树脂或硅酮。它们包埋电极和绝缘体并围绕着这些构件。由此可以保护电极和绝缘体防止外部机械作用，以及使断路装置例如可以露天使用。附加地，电绝缘包皮可以使断路装置机械上稳定。这例如可以便宜地通过使用收缩软管实现，它附加地使各个构件相互压紧以及有助于整个装置的稳定性和角向刚度。

另一项有利的设计可以规定，两个电极成形为相对于旋转轴线是旋转对称的，以及互不搭接地在端侧隔开距离。

旋转对称的电极可以便宜地生产。此外，旋转对称的物体具有有利于介电的轮廓形状。避免突尖和棱边。因此这种断路装置也适合在中压、高压和最高压范围内使用，也就是说，适用于电压超过1000伏，尤其超过10kV、30kV、70kV、145kV和更高。两个电极在端侧隔开距离，允许飞弧底点区端侧相对置地布设，从而使它们按平板形电容器的方式彼此相对置。因此电极在飞弧腔的区域内沿径向被绝缘材料覆盖。所述绝缘材料可例如是绝缘体。从而可以更好地控制和传导飞弧，以及防止例如通过由弱功率飞弧频繁地操纵断路装置而损坏气体发生器。尽管断路装置发生了操纵，也仍能保证以后可靠地启动断路装置。

另一项有利的设计可以规定，断路装置连接在一个可借助避雷器控制的漏电路径中。

避雷器例如装在输电网中，以便在需要时，例如为了降低过电压，构成一个对地电位的漏电路径。在这里漏电路径通过取决于电压的电阻元件，所谓变阻器接通。因此避雷器是漏电路径的组成部分，它例如以导线编组的形式，从一些按惯例导引电压的零件朝地电位延伸。因此避雷器应当意味着是在漏电路径内的一个可以重复接通的开关元件。在连接断路装置时，可借助断路装置确保例如在避雷器短路时能最终切断漏电路径。就此而言断路装置是一个保险装置，以便当避雷器发生故障时，防止电网中形成持续的通地漏电路径。

在这里所述的切断可以这样进行，即，从外部能肯定地看到响应。为实现这一点，例如可以通过在气体发生器启动时将断路装置分解成多个部分，以及基于这种分解在视觉上能容易地识别响应。

本发明另一个要解决的技术问题是提供一种用于操纵具有第一、第二电极和气体发生器的断路装置的方法。

迄今的方法有一种无区别的启动特性，也就是说，只可能有条件地区别在断路装置飞弧腔内强功率与弱功率飞弧之间的差别。由此形成一种比较粗糙的启动模式，这种模式导致所谓的无区别的启动。

然而期望的是，并不是每次操纵断路装置都导致启动断路装置。在这里的操纵指的是，在断路装置飞弧腔内引燃了飞弧。这种操纵例如在避雷器响应时发生。

因此本发明要解决的技术问题是提供一种方法，它能实现明确地启动断路装置。

按照本发明上述技术问题在前言所述类型的方法中采取以下措施达得以解决：

-在超过极限电压时，在第一电弧底点区与第二电弧底点区之间引燃飞弧；

-通过飞弧使气体膨胀；

-取决于气体的膨胀，气体可以进入一个附加的容纳容积内。

利用飞孤的加热作用和与之相联的气体膨胀提供一个附加的容纳容积，在需要时可以在断路装置内部提供使用于容纳膨胀气体的附加容积。

为此可有利地规定，气体发生器借助气体沿导向装置移动。

气体发生器例如可以像活塞那样滑动地装在一个起导向装置作用的凹槽中，从而通过移动气体发生器开辟出附加的用于容纳膨胀气体的容纳容积。

此外可有利地规定，在气体发生器移动期间或移动后启动气体发生器。

在气体发生器移动期间或移动后应实施有利地启动气体发生器。由此可以在气体发生器移动期间提供足够的时间空档，以便能区别在弱功率飞弧与强功率飞弧之间的差别，弱功率飞弧尽管促使操纵断路装置，但还不应引起启动断路装置，而强功率飞弧在操纵断路装置后还应引起启动断路装置。即使在提供更大的容纳容积后，弱功率飞弧也没有能力将这种能量加入断路装置，以提供足够的能量启动气体发生器。弱功率飞弧在释放附加的容纳容积后消散。可以规定，容纳容积例如根据飞弧的强度改变其容积。可以设不同的腔室，它们逐步接通，或设一个腔室，它可以通过壁的变形或移动自动改变容积。

附图说明

下面在附图中示意性示出了本发明的实施例并随后予以详细说明。

其中：

图1表示断路装置在避雷器上的基本布局；

图2表示处于未操纵状态下的断路装置的剖视图；

图3表示断路装置在操纵断路装置的第一阶段；以及

图4表示断路装置在操纵期间的第二阶段。

具体实施方式

图1示意性表示出了电网1。该电网1例如设计为高压架空输电网的形式。在电网1内可例如由于配电过程或雷击出现过电压。为降低这种过电压，由电网1的导线编组设一个具有避雷线的漏电路径2。为了在电网正常运行时避免接地，在漏电路径内接入一个避雷器3。避雷器3可以设计为各种结构形式。在本例中，避雷器有一个电绝缘外壳4，它例如由瓷料或复合塑料构成。外壳4例如基本上设计为管状，在其外侧设有筋，以便将避雷器3设计为适合露天工作。外壳4在端侧设有接线配件，在一端的配件上固定来自电网电导线的避雷线。在另一个接线配件上固定断路装置5。同样是漏电路径2的组成部分的断路装置5，将漏电路径3进一步导向地电位。断路装置5的详细结构及其工作方式针对图2至图4详细说明。

在避雷器3的外壳4内部，在接线配件之间设有一个由金属氧化物砌块7组成的堆叠。这些金属氧化物砌块7是变阻器，它们根据当时存在的电压改变其电阻抗。由此可以借助避雷器3重新接通和断开漏电路径2。为了避免与断路装置5平行的电流路径，将避雷器3安置为相对于地电位电绝缘。为此在本例中设置支承绝缘子6。然而也可以规定，避雷器例如固定在具有相应地其他设计的绝缘元件的桅杆上。

图2表示通过按照本发明的断路装置5的剖面图。断路装置5有第一电极8和第二电极9。电极8、9用于将断路装置5连接到漏电路径2中。这两个电极设计为旋转对称的，以及沿其旋转轴线10在端侧互相隔开距离地设置。为了将这两个电极8、9隔开，设一个绝缘体11，它基本上设计为空心圆柱体形的以及同样同轴于旋转轴线10地定位。第二电极9在罩盖12处于中间位置的情况下，插入到绝缘体11的内圆周的一个环形凹槽中。此外，绝缘体11在与第一和第二电极8、9接触的情况下被一个阻抗元件13跨接。阻抗元件13设计为欧姆电阻的形式。在适当选择绝缘体11的绝缘材料时，可以取消使用附加的阻抗元件13。罩盖12装在第二电极9上以及朝第一电极8的方向将它完全覆盖。

第二电极9具有凹槽14。该凹槽14设计为盲孔的形式，它同样同轴于旋转轴线10地定向。凹槽14在其面朝第一电极8的端部横截面增大。凹槽14的面朝第一电极的端部被罩盖12覆盖。在这里，罩盖12设计为帽状，所以形成一个朝第一电极8方向突起的圆顶。此圆顶有基本上截锥形的造型。罩盖12与第二电极9导电接触。通过朝第一电极8方向突起的圆顶，减小设在绝缘体11区域内的飞弧腔15的容积。在第一电极8上成形有伸入到飞弧腔15中的截锥形的凸块。帽状罩盖12的突起的圆顶同样作为伸入到飞弧腔15内的截锥体。在第一电极8和罩盖12的截锥形的设计结构上，形成第一飞弧底点区16和第二飞弧底点区17。在这里，这两个飞弧底点区16、17具有圆形外轮廓，其中圆平面垂直于旋转轴线10地定向，以及在端侧彼此隔开距离地排列。

空弹筒形式的气体发生器18置入在凹槽14中。在这里气体发生器18具有基本上圆柱体形的外轮廓，它在底部区设有一个直径加大的边沿。气体发生器18以其面朝凹槽底部区的那一端14支承在螺旋弹簧19上。螺旋弹簧19被预紧以及将气体发生器18的底部压靠在罩盖12上。罩盖12使气体发生器18对中，以及也可以成形为其他样式。凹槽14在其面朝第一电极8的端部直径增大。由此在螺旋弹簧19压缩时，可以将气体发生器18的底部区内沿径向的边沿插入到横截面增大的区域中。在这里，凹槽14的规定横截面增大的区域，其加工深度设计为，使气体发生器18的底部区的边沿被止挡前，其继续运动已经被盲孔状凹槽14和气体发生器18的背对第一电极8的那一端阻塞。

第二电极9在其背对第一电极8那一端直径减小。由此在第二电极9上形成一个凸肩，在凸肩上安置一个盘形件20。盘形件20在所述直径减小的端部处借助一个锁紧件21被位置固定。锁紧件可以例如设计为螺母的形式，它被旋紧在第二电极9的直径减小的端部的相应螺纹上。盘形件20在外圆周采用一种造型，该造型导致增大盘形件20的表面。由此保证，当图2至图4所示的装置被埋入到电绝缘物料内时，可以获得更大的接触面，从而抗扭转地粘附在规定用于包埋的电绝缘物料上。

此外，在罩盖12内设有气体通道22。该气体通道22设计为与旋转轴线10同轴地定向的孔的形式。在这里孔的直径选择为如此小，以致使气体发生器18的底部区可以封闭此气体通道22。为保证封闭气体通道22，螺旋弹簧19将气体发生器18压靠在罩盖22上。

图2表示断路装置处于静止状态，而图3表示在操纵过程中的断路装置，也就是说，避雷器3基于电网1中超过极限电压所以其电阻显著减小，从而从现在起受电网过电压的驱动，使漏电电流经漏电路径2流向地电位。第一电极8和第二电极9构成漏电路径2的组成部分。为了控制在飞弧底点区16、17之间的电势分配，相应地设有阻抗元件13或绝缘体11。在相应的介电特性的情况下，导致在这两个飞弧底点区16、17之间形成飞弧23。漏电电流流动。飞弧23使处于飞弧腔15中的气体膨胀。由此使飞弧腔15内压力升高。若飞弧有较小的功率以及处于电网中的过电压已经减小，则导致飞弧23熄灭。在飞弧腔15内膨胀的气体也重新逐渐冷却。

然而若不是这种情况，则导致飞弧23继续燃烧并导致飞弧腔15中的气体进一步膨胀。随着压力的增高，膨胀气体还挤过气体通道22并朝气体发生器18的底部加压。在压力足够大时，克服螺旋弹簧19的弹力，使之压缩以及将气体发生器18在其起导引装置作用的凹槽14中朝盲孔状凹槽14的底部方向移动。根据飞弧23的强度，气体发生器或多或少从其静止位置移出。若在此时刻在电网内的过电压重新减退，也就是说飞弧23的驱动力不再存在，则导致飞弧23熄灭并导致膨胀气体冷却。由此也使夹紧的螺旋弹簧19松弛并将气体发生器重新压靠到罩盖12上，从而可居于图2所示的原始位置。

然而若不是这种情况以及电压继续驱动漏电电流，则导致飞弧继续燃烧并导致进一步加热放电气体。随着断路装置内部温度的上升，或基于加热作用，或基于压力作用，或基于两种因素的组合，导致启动气体发生器18。在气体发生器18启动的情况下，在两个电极8、9之间本来存在的角向刚性的连接消失，以及漏电路径2持续中断。此时断路装置3不可逆地分解为多个部分。当断路装置启动时，也就是说，在气体发生器18响应以及与之相关联地阶跃式地产生一种很大的气体体积时，可以规定，在气体发生器18从罩盖12上移动期间已经实现所述的启动。然而也可以规定，要在气体发生器18到达终点位置时才实施启动。

按惯例在避雷器3上存在故障时发生启动。

Claims (14)

1.一种断路装置(5)，其具有第一电极(8)和第二电极(9)，其中第二电极(9)具有凹槽(14)，该凹槽至少容纳部分气体发生器(18)，其特征在于，所述凹槽(14)用导电的罩盖(12)覆盖。

2.按照权利要求1所述的断路装置(5)，其特征为，所述罩盖(12)与第二电极(9)导电接触。

3.按照权利要求1或2所述的断路装置(5)，其特征为，所述罩盖(12)成形为帽状。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的断路装置(5)，其特征为，所述气体发生器(18)在凹槽(14)内可运动导引地压靠在罩盖(12)上。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的断路装置(5)，其特征为，所述凹槽(14)是盲孔状，在其面朝罩盖(12)的端部横截面扩大。

6.按照权利要求2至5中任一项所述的断路装置(5)，其特征为，第一电极(8)具有第一飞弧底点区(16)，以及罩盖(12)具有第二飞弧底点区(17)。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的断路装置(5)，其特征为，所述罩盖(12)具有气体通道(22)。

8.按照权利要求1至7中任一项所述的断路装置(5)，其特征为，所述罩盖(12)定位在将两个电极(8、9)彼此隔开距离的绝缘体(11)上。

9.按照权利要求8所述的断路装置(5)，其特征为，第一电极(8)、第二电极(9)和绝缘体(11)是埋入到电绝缘包皮内。

10.按照权利要求1至9中任一项所述的断路装置(5)，其特征为，两个电极(8、9)成形为相对于旋转轴线(10)是旋转对称的，以及互不搭接地在端侧彼此间隔开距离。

11.按照权利要求1至10中任一项所述的断路装置(5)，其特征为，断路装置(5)连接在一个可借助避雷器(3)控制的漏电路径(2)中。

12.一种用于操纵具有第一、第二电极(8、9)和气体发生器(18)的断路装置(5)的方法，其特征为：

-在超过极限电压时，在第一电弧底点区(16)与第二电弧底点区(17)之间引燃飞弧(23)；

-通过飞弧(23)使气体膨胀；

-取决于气体的膨胀，气体可以进入一个附加的容纳容积内。

13.按照权利要求12所述的方法，其特征为，气体发生器(18)借助气体沿导向装置(14)移动。

14.按照权利要求12或13所述的方法，其特征为，在气体发生器(18)移动期间或移动后启动气体发生器(18)。

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