CN101584013A - 用于气体绝缘的高压开关的开关极以及用于制造这样的开关极的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压开关的开关极，该开关极包括填充着绝缘气体的绝缘外壳(1)以及两个穿过所述绝缘外壳(1)的壁体的电流接头(2、3)和保持在所述绝缘外壳中的并且与所述两个电流接头进行导电连接的接触装置。所述绝缘外壳(1)构造为壳层状并且具有里面的壳层和外面的壳层。所述外面的壳层构造为绝缘体(30)，浇注到所述里面的壳层上并且反向于通过绝缘气体的压力引起的力支撑着所述里面的壳层。所述里面的壳层在浇注外面的壳层上之前构造为能够气密地封闭的容器(20)。在浇注之前，所述外壳(20)至少接纳着所述接触装置并且同时具有足以用于支撑其自身重量和所有由其保持的部件的形状稳定性。所述开关极可以以低廉的成本来制造并且同时其突出之处在于很大的工作可靠性。

Description

用于气体绝缘的高压开关的开关极以及用于制造这样的开关极的方法
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于高压开关的开关极以及一种用于制造所述开关极的方法。高压开关在此指的是这样的开关，这样的开关通常在大于36kV并且尤其大于72kV的电压范围内使用并且具有用于对导电的部件进行绝缘并且用于对在开关过程中出现的电弧进行吹气的绝缘气体，比如典型的SF6。
背景技术
用于开头所述类型的开关极的绝缘外壳在CH 538 168 A和DE12 43 762 B中得到说明。这些绝缘外壳构造为壳层状，并且相应地具有里面的壳层和外面的壳层，这两个壳层中外面的壳层构造为绝缘体并且将里面的壳层埋入并且反向于通过绝缘气体的压力引起的力支撑着所述里面的壳层。在CH 538 168 A中描述的绝缘外壳包括两个由电绝缘的能够硬化的合成材料制成的外壳半体。所述两个外壳半体借助于法兰连接彼此旋紧在一起。所述两个外壳半体的壁体在三阶段的浇注过程中制成，在所述浇注过程中首先浇注里面的层，然后将中间的层浇注到所述里面的层上并且最后将外面的层浇注到所述中间的层上。所述外壳的突出之处在于很高的机械强度。用于设置在外壳中的接触装置的连接栓和用于开关驱动装置的操纵轴的通往接触装置的导管在浇注所述外壳半体时被包封，而所述法兰连接的两个法兰则在后来粘贴上去。在DE 12 43 762 B中说明的绝缘外壳同样通过合成材料的多层浇注来制成，并且具有在机械上牢固的外层和薄的耐电弧的内层。在该外壳中安装消弧装置。端面上的开口被用于所述消弧装置的接触装置的电流接头所封闭。
由专利申请人在名称EDI SK下提供的用于36到84kV的额定电压的断路器典型地包括三个相同的开关极，所述开关极保持在共同的安装托架上。所述三个开关极的每一个都具有支撑绝缘体，该支撑绝缘体通过导电的法兰连接与填充着绝缘气体的绝缘外壳相连接。在所述绝缘外壳中有用于接通和断开电路的接触装置。用于操纵所述接触装置的驱动力从外面通过插在所述支撑绝缘体中的绝缘杆施加到所述接触装置上。被所述绝缘外壳且被所述支撑绝缘体包围的空间彼此相连接。所述三个开关极的如此形成的空间通过连接外壳彼此相通。
所述开关极的绝缘外壳和支撑绝缘体通常由硬瓷或者由纤维增强的聚合物制成并且是预加工的。在制造开关极时，将所述接触装置和将所述绝缘杆包围的传动机构安装在绝缘外壳、支撑绝缘体和连接外壳中。在这些安装作业中，要对大量的位置进行密封，用于避免气体损失。如果所述开关极之一损坏，那就首先必须将绝缘气体从所有三个极中去除。
发明内容
如在权利要求中所说明的一样，本发明的任务是，说明一种开头所述类型的开关极，该开关极可以以低廉的成本来制造和保养并且尽管如此其突出之处在于很大的工作可靠性。同时，本发明的任务是，说明一种方法，利用该方法可以以经济的方式来大批量制造这样的开关极。
在按本发明的开关极中，在浇注外面的壳层之前将构造为壳层状的绝缘外壳的里面的壳层构造为能够气密地封闭的容器。除此以外，在浇注之前，所述外壳至少容纳着所述接触装置并且此外在浇注之前具有足以用于支撑其自身重量及所有由其保持的部件的形状稳定性。
由此能够经济地制造所述开关极。一方面所述接纳和支撑着所述开关极的有源的部件如接触装置和电流接头的容器可以大批量地并且因此以低廉的成本来预加工。另一方面，所述绝缘体现在不必再预加工，而是现在按对所述开关极的设计的要求直接设置到预加工的容器上。由此同时实现这一点，即所述绝缘外壳的气密性及机械的和绝缘的强度这些功能彼此脱耦。所述绝缘外壳的气密性在不依赖于其机械强度的情况下通过所述气密地封闭的和接纳着接触装置的容器来达到。所述绝缘外壳的机械强度以及同时对外的电绝缘则通过所述埋入并且支撑着所述容器的绝缘体来达到。现在不再需要在现有技术中所需要的用于在安装接触装置、用于将驱动力传递到所述接触装置上的传动机构以及支撑绝缘体之后对预加工的绝缘外壳进行密封的元件。
在尤其适合于自动地制造开关极的方法中，首先对至少包括接触装置的能够气密地封闭的容器进行预加工，所述接触装置的至少两个电流接头以及用于注入绝缘气体的能够封闭的开口穿过所述容器的壁体，并且该容器具有足以支撑其自身重量以及所有由其保持的部件的形状稳定性，然后将预加工的容器放入铸型中，并且随后在所述铸型中将至少部分地埋入所述容器的绝缘体浇注到该容器的壁体上。
下面对按本发明的开关极和方法的有利的改进方案进行说明。
附图说明
下面借助于附图对本发明的实施例进行详细解释。其中：
图1是按本发明的用于气体绝缘的高压开关的开关极的第一实施方式的沿轴线的剖面的俯视图，
图2是铸型，在该铸型中在制造按图1的开关极时将绝缘体浇注到所述开关极的容器上，在所述容器中布置了所述开关极的接触装置和传动机构，以及
图3到6分别是按本发明的开关极的四种其它的实施方式之一的沿轴线的剖面的俯视图。
具体实施方式
在所有附图中，相同的附图标记涉及起相同作用的部件，并且可以省略重复的附图标记。按本发明的开关极的在图1以及3到6中示出的五种实施方式分别具有填充着比如基于六氟化硫、氮气、氧气或者二氧化碳或者这些气体的混合物比如空气的具有高达数巴的压力的绝缘气体的并且在很大程度上构造为管形的绝缘外壳1。两个用于保持在所述外壳1中的接触装置的电流接头2、3穿过所述外壳的壁体。所述接触装置具有两个能够沿轴线4相对于彼此移动的触头5、6，这两个触头中的其中一个触头也就是5固定地得到保持并且导电地固定在垂直于所述轴线4定向的并且与所述电流接头2进行导电连接的金属板7上，而另一个触头也就是6则固定在传动机构9的金属的输出元件8上并且可以通过所述传动机构9沿轴线4进行移动。所述触头5并非务必保持固定，它同样可以沿所述轴线4移动地布置。也可以代替金属板7设置其它的导电的部件比如杯形件或者支撑星(Tragstern)。如果用电和/或用磁来驱动所述触头6，那么必要时可以省去所述传动机构9。
出于简明的原因，所述两个触头5、6仅仅作为电弧触点来示出。通常所述接触装置也包括用于导送持续电流的、与所述电弧触点并联的额定电流接触装置并且必要时也包括绝缘喷嘴以及加热空间和用于提供压缩气体的活塞-缸-压缩装置，所述压缩气体在开关过程中用于给开关电弧吹气。
所述触头6通过作为触头支座的输出元件8、轴向导引所述输出元件的滑动接触装置10和构造为金属的支撑星或者构造为金属板的支架11与所述电流接头3进行导电连接。所述传动机构9具有以能够回转的方式保持在所述输出元件8上的绝缘杆12以及轴13，所述轴13在其向右指向的端部上带有两条未标出的曲柄臂，在所述曲柄臂上以能够回转的方式固定着所述绝缘杆12的背向所述输出元件8的端部。
所述绝缘外壳1构造为壳层状并且明显具有里面的壳层和外面的壳层。里面的壳层形成接纳所述接触装置并且填充着绝缘气体的气密地闭锁的容器20的壁体。外面的壳层构造为绝缘体30并且将所述容器20埋入。该容器20就这样反向于由所述绝缘气体的压力引起的力向外得到支撑。因此以下做法已经足够，即所述容器20在埋入到所述绝缘体30中之前具有形状稳定性，该形状稳定性还足以支撑其自身重量以及所有由其保持的部件比如接触装置。所述容器20的壁体主要由电绝缘的材料尤其如聚合的或者陶瓷的材料比如PTFE(聚四氟乙烯)构成，所述材料相对于通过所述开关电弧形成的腐蚀性的气体的作用在很大程度上具有抵抗能力并且具有良好的绝缘性能如很高的击穿强度和良好的耐爬电性。该材料可以构造为单体结构或者层状的结构并且也包括复合材料，所述复合材料包含充填纤维和/或粉末的聚合物。
在所述电流接头2、3或者所述传动机构9的输出元件或者驱动元件伸入所述容器20的内部的位置上，所述容器通常具有由金属制成的壁体件，所述壁体件比如通过接合或者粘合气密地与由绝缘材料构成的壁体件相连接。所述容器20的气密性可以通过设置在其内侧上尤其设置在连接缝上的能够很好的弹性变形的由前面所提到的耐腐蚀的绝缘材料制成的层得到优化。
可以看出，所述容器20包括能够封闭的开口21，该开口21布置在所述容器的由金属制成的壁体件中。该开口用于送入和排出绝缘气体。除此以外，在所述容器的内部安置了传感器22，所述传感器22检测所述绝缘气体的状态特别是其压力、其温度、其密度、其绝缘性能和/或其化学成分并且就这样在所述开关极在开关设备中的运行过程中通过穿过容器壁体的数据线23将信息传输给高压开关的未示出的控制和检测装置。
在按图1的实施方式中，除了所述接触装置之外所述传动机构9也保持在所述容器20中。所述传动机构9的构造为轴13的驱动元件支承在容器壁体20的构造为金属盘24的区段中。借助于一个或者多个密封圈可以就这样以简单的方式将所述轴13气密地穿过容器壁体引入容器内部。可以看出，所述开口21也布置在所述金属盘24中。利用布置在所述绝缘外壳1的外部的阀25，可以使所述开口21保持封闭的或者敞开的状态，从而可以按需要将绝缘气体或者也将其它的气体送入所述容器20的内部，或者又可以将其从所述容器中抽出。在所述容器20的壁体的由绝缘材料制成的并且构造为容器底部26的区段中成形了额定断裂处27，该额定断裂处27在所述容器20的允许的内压之上断裂，从而所述绝缘气体而后可以通过成形在所述绝缘体30中的流出通道31向外逸出。
所述容器20的壁体在按图1的实施方式中由明显圆形成形的金属板7、两个构造为空心圆筒的并且由绝缘材料制成的外壳区段29、29’、同样由绝缘材料制成的底部26以及所述金属盘24构成。通过将所述传动机构9装入空心圆筒29’中、通过所述支架11来气密地连接所述两个空心圆筒29、29’、将所述触头6安装在所述传动机构9的输出元件8上、将所述触头5安装在所述金属板7上并且接下来气密地装入所述载有触头5的金属板7以及保持着传感器22的底部26，可以就这样以简单的方式来制造所述容器20。
作为替代方案，所述容器20可以不是由两个空心圆筒29、29’、底部26、金属板7以及支架11组成，而是也由两个沿所述轴线4延伸的由绝缘材料制成的半壳层组成，所述半壳层各包围着在很大程度上为空心圆筒形的容器的两个端面和侧面的一半并且用于接纳电流引线2和3以及金属盘24的开口各一半成形在所述半壳层中。在装入所述接触装置、传动机构9和传感器22之后，所述两个半壳层比如可以通过接合、焊接和/或粘合在形成容器20的情况下彼此相连接。为提高气密性，所述容器20衬有能够很好地弹性变形的由绝缘材料制成的衬垫(Liner)，所述材料比如PTFE能够抵抗由开关电弧产生的腐蚀性的气体。
如此制成的容器20具有机械强度，所述机械强度能够将其作为独立的单元包入可以从图2中看出的由两部分组成的铸型40中。所述铸型40具有两个能够彼此分开的、能够耐压地和/或耐真空地封闭的半壳层41、42以及未标出的用于所述金属盘24的穿通孔
Figure A20088000246000101
所述容器20的内腔可以就这样通过容器开口21和阀25与处于所述铸型40的外部的供气设备43相连接。此外，所述铸型40具有另外两个未示出的开口。空气可以通过这些开口之一从所述铸型中逸出，液态的浇注材料在典型情况下填充的或未填充的尤其基于环氧化物的浇注树脂可以通过另一个开口导入所述铸型40中。
在将预加工的容器20放入到所述铸型40中之后，将所述两个半壳层41、42合拢并且通过所述两个未示出的开口之一对所述铸型抽真空。为了给所述容器20卸荷，可以同时通过所述开口21对该容器20抽真空。接下来，在真空下通过所述两个未示出的开口中的第二开口向所述铸型填充浇注材料。在真空下填入的浇注材料而后在温度升高时在形成埋入且支撑着所述容器20的绝缘体30的情况下得到硬化。在这过程中在铸型40中出现的压力升高可以通过相应的由供气设备43在容器内部产生的压力升高来补偿，从而在浇注过程中在实际上将所述容器的壁体保持没有力的状态。
作为替代方案，也可以在压力下将浇注材料压入所述铸型40中。在这样的自动的压力胶凝过程(Druckgelierverfahren)中空气可以通过所述第二开口逸出。在这种浇注过程中，也可以通过所述容器20的内腔的同步的压力控制来实现这一点，即所述容器20的壁体在浇注过程中保持不受不期望的力的影响。与真空下的浇注过程不同，在自动的压力胶凝时可以显著缩短所述开关极的制造时间。如果所述容器的机械强度足够高，那么在所述绝缘气体已经注入到所述容器20中并且该容器已经封闭时也可以实施所述浇注过程。
在浇注本体脱模、给所述容器20填充从所述供气设备43中输送的绝缘气体并且封闭所述开口21之后，而后就制成了所述开关极。所述绝缘体30的外表面接下来可以设有一层或者多层其它的绝缘材料，用于就这样实现所述绝缘体的用于特殊应用的性能。如果所述开关极在露天使用，那就建议设置硅涂层。
在按图3的按本发明的开关极的实施方式中，与按图1的实施方式不同，所述容器20的底部和连接到该底部上的壁体件构造为金属杯形件28，并且现在所述以能够旋转的方式支承着轴13的金属盘24处于所述金属杯形件28的壁体28’中。代替成形在所述底部中的额定断裂处，在所述金属杯形件的底部28”中设置了开口，该开口通过过压阀27’限制在容器20中尤其在开关过程中产生的过压。这种实施方式用于室内应用，但在构造所述绝缘体30时也可以相应于按图1的实施方式用于露天应用。因为所述金属杯形件28已经具有很大的机械强度，所以通常以下安排就已足够，即所述绝缘体30仅仅一直导引到这个杯形件的壁体28’并且该杯形件的底部28”以及至少所述杯形件壁体28’的区段露在外面(在图3中未示出)。
在按图4的实施方式中，所述绝缘体除所述容器20之外也围住接纳所述传动机构9的填充着空气的空间32，并且所述传动机构9的能够沿轴线4移动的并且用作活动的触头6的支座的输出元件8气密地穿过所述容器20的壁体。所述容器20的底部现在由构造为金属板的支架11构成。在所述金属板11中成形了填注口21，该填注口21可以在制造所述开关极时或者在保养作业中借助于布置在可轻易接近的空间32中的阀25轻易地打开或者封闭。两个另外的设在金属板11中的开口之一用于接纳过压阀27’，相反在所述第二开口中则布置了滑动触点10并且导引所述输出元件8。所述第二开口被布置在所述容器20的内部的、保持在所述开口的边缘上且保持在所述输出元件8的侧面上的由耐腐蚀的材料制成的膨胀体14比如波纹箱气密地封闭。所述容器20的容积可以就这样保持在微小的程度上。这也适用于按图5和6的开关极的实施方式。
但是，在按图5的实施方式中，与按图4的实施方式不同，所述绝缘外壳1保持在将所述传动机构9包围的支撑绝缘体50上，该支撑绝缘体50能够独立于所述外壳1来制造并且借助于法兰连接51与所述外壳1相连接。在该实施方式中也可以看出，所述传动机构9的能够沿轴线4移动的并且用作活动的触头的支座的输出元件8气密地穿过用作所述容器20的底部的金属板11。因为与按图4的实施方式不同，所述支撑绝缘体50没有集成在所述绝缘体30中，而是独立于该绝缘体30来制造和安装，所以在将容器20埋入到绝缘体30中时所使用的铸型可以保持在微小的程度上。所述绝缘体30通过自动的压力胶凝来制造是特别有利的。
在按图6的实施方式中，所述传动机构9除了轴13之外也具有轴15。该轴15从填充空气的空间32气密地穿过容器壁体进入所述容器20的内部。所述轴15包括布置在所述容器20的外部的和内部的、出于简明的原因未标出的曲柄臂。布置在容器外部的曲柄臂以能够旋转的方式与绝缘杆12的背向轴13的端部相连接，相反，布置在外壳20中的曲柄臂则以能够旋转方式与耦合杆16的一个端部相连接，该耦合杆16的另一个端部以能够旋转的方式与现在完全布置在所述容器20内部的输出元件8相连接。所述轴15以能够旋转的方式支承在作为凹处成形在导电的支架11中的金属杯形件17的轴向平行地定向的壁体中。电流通过现在固定在所述支架11的(未标出的)金属突缘上的滑动触点10和所述支架11导向电流接头3。与按图4和5的实施方式不同，通常更容易气密地穿过所述容器20的壁体的由轴15构成的旋转套管取代移动套管。
附图标记列表：
1     绝缘外壳
2、3  电流接头
4     轴线
5、6  触头
7     金属板
8     输出元件
9     传动机构
10    滑动触点
11    支架
12    绝缘杆
13    轴
14    膨胀体
15        轴
16        耦合杆
17        金属杯形件
20        容器
21        开口
22        传感器
23        数据线
24        金属盘
25        阀
26        容器底部
26’      壁体
27        额定断裂处
27’      过压阀
28        金属杯形件
28’      杯形件壁体
28”      杯形件底部
29、29’  空心圆筒
30        绝缘体
31        流出通道
32        空间
40        铸型
41、42    半壳层
43        供气装置
50        支撑绝缘体
51        法兰连接

Claims (16)

1.高压开关的开关极，具有填充着绝缘气体的绝缘外壳(1)、两个穿过所述绝缘外壳(1)的壁体的电流接头(2、3)以及保持在所述绝缘外壳中的并且与所述两个电流接头进行导电连接的接触装置，其中所述绝缘外壳(1)构造为壳层状并且具有里面的壳层和外面的壳层，其中所述外面的壳层构造为绝缘体(30)并且浇注到所述里面的壳层上并且反向于通过绝缘气体的压力引起的力支撑所述里面的壳层，其特征在于，在浇注外面的壳层之前，将所述里面的壳层构造为能够气密地封闭的容器(20)，并且在浇注之前所述外壳(20)至少接纳所述接触装置并且具有足以用于支撑其自身重量和所有由其保持的部件的形状稳定性。
2.按权利要求1所述的开关极，其特征在于，所述容器(20)具有至少两个气密地彼此相连接的部件，这些部件中至少一个由绝缘材料制成。
3.按权利要求1或2中任一项所述的开关极，其特征在于，除了所述接触装置之外，传动机构(9)的穿过所述绝缘外壳的壁体的部件也保持在所述容器中，所述传动机构(9)将力传递到所述接触装置的能够沿轴线(4)的方向运动的触头(6)上。
4.按权利要求3所述的开关极，其特征在于，所述传动机构(9)的轴(13)穿过所述容器(20)的壁体。
5.按权利要求4所述的开关极，其特征在于，所述轴(13)以能够旋转的方式支承在所述容器(20)的壁体的构造为金属盘(24)的区段中。
6.按权利要求4所述的开关极，其特征在于，所述容器(20)的底部(28’)是金属杯形件(28)的一部分，并且所述轴(13)穿过所述金属杯形件的壁体(28”)。
7.按权利要求3所述的开关极，其特征在于，所述绝缘体(30)除了所述容器(20)之外也围住接纳着所述传动机构(9)的空间(32)，并且所述传动机构(9)的能够沿所述轴线(4)移动的且用作活动的触头(6)的支座的输出元件(8)从所述空间(32)气密地穿过容器壁体进入所述容器(20)的内部。
8.按权利要求3所述的开关极，其特征在于，所述绝缘体(30)除了所述容器(20)之外也围住一个空间(32)，该空间(32)接纳着所述传动机构(9)的绝缘杆(12)，并且所述传动机构(9)具有轴，该轴布置在所述绝缘杆(12)与能够沿所述轴线(4)移动的且用作活动的触头(6)的支座的输出元件(8)之间，并且该轴从所述空间(32)气密地穿过容器壁体进入所述容器(20)的内部。
9.按权利要求3所述的开关极，其特征在于，所述绝缘外壳(1)保持在将所述传动机构(9)包围的支撑绝缘体(50)上，并且所述传动机构(9)的能够沿所述轴线(4)移动的且用作活动的触头(6)的支座的输出元件(8)从所述支撑绝缘体(50)气密地穿过容器壁体进入所述容器(20)的内部。
10.按权利要求1到9中任一项所述的开关极，其特征在于，所述容器(20)包括用于注入绝缘气体的能够封闭的开口(21)。
11.按权利要求10所述的开关极，其特征在于，所述开口(21)布置在容器壁体的由金属制成的部件中。
12.按权利要求1到11中任一项所述的开关极，其特征在于，在所述容器(20)的内部布置了用于检测绝缘气体的状态的传感器(22)。
13.用于制造高压开关的开关极的方法，所述开关极具有填充着绝缘气体的绝缘外壳(1)、两个穿过所述绝缘外壳(1)的壁体的电流接头(2、3)以及保持在所述绝缘外壳中的并且与所述两个电流接头进行导电连接的接触装置，其特征在于，
首先预加工至少包括所述接触装置的能够气密地封闭的容器(20)，所述接触装置的至少所述两个电流接头(2、3)以及用于绝缘气体的能够封闭的开口(21)穿过所述容器(20)的壁体，并且所述容器(20)具有足以用于支撑其自身重量以及所有由其保持的部件的形状稳定性，
将预加工的容器(20)放入铸型(40)中，并且
在所述铸型(40)中将至少部分地埋入容器(20)的绝缘体(30)浇注到所述容器(20)的壁体上。
14.按权利要求13所述的方法，其特征在于，在真空下或者在压力下进行浇注过程。
15.按权利要求14所述的方法，其特征在于，所述浇注过程作为自动的压力胶凝过程来执行。
16.按权利要求13到15中任一项所述的方法，其特征在于，在浇注过程中给所述容器充填压缩气体尤其绝缘气体。
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