CN102568921B - 气体绝缘断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体绝缘断路器。一种包括具有起弧区的中断室的气吹式断路器的电路断开方法。一定量绝缘气体被存储和预压缩在中断室的第二加热容积中。第二加热容积与起弧区和第一加热容积流体地连接，第一加热容积也与起弧区流体地连接。电弧产生后，第二加热容积中的该一定量绝缘气体被从起弧区进入第二加热容积的经加热绝缘气体加压。从起弧区进入第二加热容积的经加热绝缘气体由第二加热容积的气体引导机构所引导，使得该经加热绝缘气体被第二加热容积的气体引导机构阻止与第二加热容积中存储的一定量绝缘气体混合。

Description

气体绝缘断路器

技术领域

本发明涉及气体绝缘断路器，例如在动力装置、变电站和供应电能的其它设备中用来连接和断开操作电流和过电流的那些，还涉及根据独立权利要求的前序部分所述的电弧中断方法。

背景技术

灭弧所必需的气流要求电弧自身所产生的气体压力有相当大的差异。通过例如US6163001A1或EP1225610B1知道了这样的概念：利用在两个电触头之间形成大电流的电弧期间产生的箍缩(pinch)压力，以用所述箍缩压力造成的强气流熄灭电弧。在这些断路器中，加热容积中所需的压力积聚由电弧的箍缩压力供应。该箍缩压力由开关轴线的区域中同一事物的快速收缩产生，并且在十分有限的时间期间会引起从起弧室或起弧区流到箍缩压力室中的强轴向气体，并且在箍缩压力室中产生强升压。因此，就产生了强的轴向压力梯度，该压力部分地通过返回通道转移至加热容积中。

如果要用上面提到的断路器来中断处于大约30kV的60Hz网络中高于大约150kA的短路电流，那么由于熄灭如此高的短路电流下的电弧的气流的高温的原因，需要降低额定电压，以确保适当中断操作。

发明内容

因此，本发明的一个目标在于进一步发展现有技术装置以及提供允许中断大于约150kA的最大电流而不需要将额定电压降低到上面指示的这种程度的电路中断方法和适当的断路器两者。

这些目标通过根据独立权利要求的特征实现。其特定的实施例由从属权利要求声明。

关于创造性的电路中断方法，该目标通过下面的步骤来实现：

a)提供具有填充有绝缘气体的中断室的气吹式断路器，所述中断室包括起弧区以及至少两个可分开起弧触头；

b)在中断室的第二加热容积中存储一定量绝缘气体，所述第二加热容积与电弧区流体地连接并且可与第一加热容积流体地连接，其中所述第一加热容积与起弧区流体地连接；

c)将起弧触头彼此分开使得在所述起弧触头之间产生电弧，以及使得电弧在第二加热容积中所产生的气体压力比标称气体压力高大约3巴；

d)通过从起弧区进入第二加热容积的经加热绝缘气体对第二加热容积中的一定量绝缘气体加压；

e)至少引导至少在步骤d)期间从起弧区进入第二加热容积中的经加热绝缘气体，使得从起弧区进入第二加热容积的经加热绝缘气体被第二加热容积的气体引导机构阻止与存储在第二绝缘容积中的一定量绝缘气体混合，其中第二加热容积是第一加热容积的至少20％大；

f)通过从起弧区进入第一加热容积的经加热绝缘气体施加至存储在第二加热容积中的气体上的气体压力来将存储在第二加热容积中的一定量绝缘气体喷射到第一加热容积中；

g)通过引导绝缘气体从第一加热容积通过至少一个吹送通道返回到起弧区中来中断电弧。

用语“阻止混合”不应被误解为，在特别在箍缩模式/箍缩压力下进入第二加热容积的经加热气体与在中断过程之前存储在第二加热容积中的较冷气体之间根本不出现气体混合。事实上，用语“阻止混合”应该被理解成引导机构阻挡(即妨碍、禁止或阻碍)经加热气体与第二加热容积中存储的冷气体充分混合，使得当存储的冷气体喷射到第一加热容积中时能够实现冷却效果。换句话说，与加压冷气体的量相比，在经加热气体和存储的冷气体的边界处混合以及由此预热的气体的相当小的量可以忽略。在上下文中，涉及存储在第二加热容积中的冷气体的用语“冷”，应该被理解为这样一个值，即在中断电弧的步骤前，第一加热容积内的绝缘气体的平均气体温度低于2000开尔文(K)，以避免离开第一加热容积以中断电弧的吹送气体有介电问题。

与标称气体压力相关的用语3巴被理解为与在起弧之前和/或当将气吹式断路器投入运行时完成初始气体填充后的中断区中的标称气体压力相比，中断区中有至少3巴的压力差。

简而言之，本发明依靠冷压缩，即采用箍缩效应对存储的冷气体加压，其中，电弧的能量输出，特别是箍缩压力，被尽可能有效地用于吹灭电弧。尽管箍缩效应对于支持低于50kA的电流处的中断过程可为有用的，但是如果要中断高于大约150kA的电流(特别是例如高于大约150kA的最大电流)所产生的电弧，那么箍缩效应的意义重大，结果是即使在高开关容量的情况下以及在没有自身需要高功率的开关驱动器的大尺寸的机械吹灭装置的情况下，也能保证电路被快速中断。换句话说，如果来自起弧区的箍缩压力源自远高于150kA的电流，那么对第二加热容积中的冷气体的加压会变得特别有力。

下面的优点源于与第一加热容积相比，第二加热容积具有较大的尺寸这个事实：

第二加热容积与第一加热容积一起形成用于回热(backheating)的必要空间，其中第二加热容积具有实质上比US6163001A1或EP1225610B1中公开的断路器的反馈环路的横截面大的横截面。

在源自远高于50kA的电流处的电弧的箍缩模式状况下，回热主要发生在第二加热容积中。由于箍缩模式下第二加热容积中的回热，能够实现吹送气体的所谓的冷压缩，这形成了第一加热容积中的在箍缩模式状况下有效中断电弧所需要的吹送气体压力的重要部分。在喷射步骤之前，能够实现存储和加压的冷气体的低于1000开尔文的温度，这取决于断路器的实施例。

此外，所述冷压缩提供了明显低于诸如例如US6163001A1或EP1225610B1中所提出的反馈环路方案中的吹送气体温度的吹送气体温度。无论如何，在电弧中断步骤之前，都要降低第一加热容积中的吹送气体的吹送气体温度。取决于断路器的实施例，吹送气体温度能够保持远低于2000开尔文，例如在大约1500开尔文处或低于1500开尔文，使得吹送气体的介电性能能够保持在合理的极限内。

第二加热容积的尺寸对整个气体空间的贡献很大，使得金属蒸气浓度相比于诸如例如US6163001A1或EP1225610B1中提出的反馈环路方案被降低。吹送气体中金属蒸气浓度越低，电弧的中断性能越好。取决于断路器的实际实施例，在喷射步骤之前，对于第二加热容积中存储的气体的冷压缩，能够实现第二加热容积中的大约2至8的压缩因数。

由于第二加热容积的尺寸，第二加热容积的内表面比诸如例如US6163001A1或EP1225610B1中提出的反馈环路方案中的要大，从而导致金属蒸气冷凝的可能性提高。再次，吹送气体中金属蒸气浓度越低，电弧中断性能越好。

第二加热容积形成用于中断高于大约150kA的电流的单独的加热容积，而第一加热容积单独用于中断较低(即低于50kA的电流)的电流。

以下优点源于在第二加热容积中存在引导机构：

在包括例如US6163001A1或EP1225610B1中提出的反馈环路的断路器中，由于反馈通道的横截面比第一加热容积的横截面小，所以存储的冷气体与从起弧区进入第二加热容积的经加热气体的混合对于其功能是有害的。如果反馈通道的横截面充分增大以形成相当大的第二加热容积，那么存储的冷气体和经加热气体将彻底混合，使得不能够实现冷压缩效果。混合的趋势源于在高电流阶段之前的电弧形成期间的电弧的不对称性，例如这种不对称性可导致第二加热容积中气流的不对称运动，这又会导致冷绝缘气体和热绝缘气体的交叉混合。根据本发明，第二加热容积包括用于至少在步骤d)期间引导从起弧区进入第二加热容积的经加热绝缘气体的引导机构，使得从起弧区进入第二加热容积的经加热绝缘气体被第二加热容积的气体引导机构阻止与第二加热容积中存储的一定量绝缘气体混合，以及使得能够在喷射步骤期间实现存储的冷气体进入第一加热容积中的适当的(即最直接的)气流。

此外，引导机构的表面进一步增加了第二加热容积的内表面，使得它促进第二加热容积的内表面上的金属蒸气的冷凝，吹送气体中金属蒸气浓度越低，电弧的中断性能越好。

另外，由于引导机构的原因，第二加热容积的内表面增加进一步允许通过热传导对在其中存储和流动的绝缘气体进行冷却。存储的冷气体的气体温度越低，它就可将吹送气体的温度降低的越多，以及从而中断性能将越好。

如果第二加热容积是第一加热容积的至少20％大，那么存储的冷气体的量将导致吹送气体的气体温度的明显下降，以及由此基本上促进优良的中断性能。另外或者作为备选方案，对于中断由高于大约50kA的电流引起的处于箍缩模式的电弧特别是这样。

取决于断路器的需要以及它(特别是第二加热容积)可用的空间，引导机构包括用于在第一方向上引导从起弧区进入第二加热容积的经加热绝缘气体的第一引导元件，以及用于第二方向上引导绝缘气体而给第一引导元件留下第一部分的第二引导元件，其中第一方向和第二方向具有相反的方向分量，特别是相对于断路器的纵向方向而言。在这些情况下会更加有利：如果纵向方向沿着开关轴线延伸，使得允许也在轴向方向上传播的箍缩压力的能量最好地发挥其力量。对于中断由高于大约50kA的电流引起的处于箍缩模式的电弧特别是这样。第二加热容积中的气流被至少一个偏转器机构(例如弯部等)从第一加热容积改道至第二加热容积。

另外或作为备选方案，引导机构将第二加热容积细分为彼此流体地分离的多个气体通道，以防止经加热气体与存储的冷气体过分混合。换句话说，引导机构可以具有迷宫(labyrinth)的形状或外观，其中引导机构防止经加热气体直线状流动，即在圆柱形断路器装置的实例中，在径向方向上从第二加热容积的入口流至单向阀而不受妨碍。如果引导机构的特征在于分隔器结构，那么该分隔器会阻止经加热气体相对于开关轴线在周向方向上流动，以及由此防止经加热气体与冷气体进行无意的过分混合。

如果存储在第二加热容积中的冷气体和从起弧区进入第二加热容积的气体中的至少一个被主动地冷却，那么离开第一加热容积的吹送气体的中断性能可以进一步提高。取决于断路器的实施例，主动冷却可以通过至少一个冷却元件来执行，特别是散热片和热交换器中的至少一种，以主动冷却在电路中断过程之前存储在第二加热容积中的绝缘气体和从起弧区进入第二加热容积中的经加热绝缘气体中的至少一个。对于中断由高于大约50kA的电流引起的处于箍缩模式的电弧特别是这样。

关于创造性的断路器，目标通过具有下述特征的断路器得以实现：填充有绝缘气体的中断室，至少两个可分开起弧触头限定起弧区，其中，在电路中断过程期间在该至少两个可分开起弧触头之间能够产生电弧。另外，中断室包括与起弧区流体地连接的第一加热容积和与起弧区流体地连接的第二加热容积。所述第二加热容积能够通过单向阀与第一加热容积流体地连接，如果第二加热容积中的气体压力超过预定义值，例如如果第二加热容积中的气体压力超过第一加热容积中的气体压力，单向阀会打开(这取决于实施例和需要)。对于在箍缩模式中断由高于大约50kA的电流引起的处于箍缩模式的电弧特别是这样。

第二加热容积是第一加热容积的至少20％大，且包括引导机构，以至少引导从起弧区进入第二加热容积的经加热绝缘气体，使得从起弧区进入第二加热容积的经加热绝缘气体被阻止与在电路中断过程之前存储在第二加热容积中的一定量绝缘气体混合。

在断路器的特定实施例中，第二加热容积形成具有曲折的(meander)或迷宫状外观的流径。因而即使在断路器的可利用纵向截面(空间)相对较小的情况下，也可以增加由第二加热容积所形成的气体流径的整体长度。第二加热容积所形成的气体流径的长度越长，可用于冷却第二加热容积中的经加热气体的时间和面积越多，使得在可应用时，通过使金属蒸气在壁上冷凝或金属蒸气反应成金属氟化物可进一步降低金属蒸气的减少。用语“曲折”应理解为对于路径和方向的选择具有复杂的分支(多路线(multicursal))岔路的迷阵(maze)状结构。因此路径可以开始、停止、分为两个或多个部分、并成一个更大路径，或者在包括大部分路径的相反方向的不同方向上流动。用语“迷宫”应理解为具有单个路径(单路线(unicursal))的结构。因而迷宫只具有从入口通向出口的单个无分支路径。

然而，如果第二加热容积具有过长的气流，那么在零电流的情况下的电弧中断的时间滞后方面是不利的。另一个约束是第二加热容积越长，通常流阻越大。

第一加热容积至第二加热容积的入口处的单向阀(止回阀)的压力阻力可以被选择为比从箍缩压力室至第二加热容积的入口处的压力阻力低。在任何情况下，单向阀会确保经加热气体不通过第二加热容积而是改为通过至少一个吹送通道离开第一加热容积。

如果到第二加热容积的入口/进口的区域中的气体喷嘴的几何结构被最优化使得能够实现低流阻，那么进一步认为这对于中断效率是有利的。

如上面所提到，如果第二加热容积是第一加热容积的至少20％大，那么存储的冷气体的量将会导致吹送气体的气体温度的明显下降，以及从而在本质上促进优良的中断质量。关于冷压缩和随后喷射到第一加热容积中的时间滞后的良好平衡比率和第二加热容积所需的空间、由第二加热容积的流阻所引起的压降以及其它因素，如果第二加热容积介于第一加热容积的约40％大至约300％大之间，那么能够实现良好的中断结果。

如果引导机构包括用于将第二加热容积细分为彼此流体地分离的多个流动通道的至少一个分隔器结构，那么就能实现创造性的断路器的非常基础的设计。

为了避免零电流之后发生介电问题，有利的是，第二加热容积布置在断路器的从中断区移位的区域中，例如相对于开关轴线沿轴向移位至断路器的其中电场强度相对较低或较小的区域中。

取决于断路器的实施例，起弧区通过至少一个入口与第二加热容积流体地连接，该入口相对于纵向方向(例如沿着开关轴线)布置在起弧区和过压阀之间。此外，该至少一个入口布置为或者从过压阀移位，例如位于过压阀和起弧区之间的大约中心位置处，或者紧邻过压阀，使得过压阀辅助将来自起弧区的经加热绝缘气体馈送至该至少一个入口内。

在需要特别强大和有效的吹送气体的情况下，电弧可以通过包括两个第二加热容积的断路器来中断，该两个第二加热容积沿着开关轴线布置在中断区的任一侧上，即使得第一加热容积位于两个第二加热容积之间。

如果热传递至壁上，那么第二加热容积中的气体将被减少，以及/或者如果第二加热容积内的经加热气体具有希望的质量，例如被冷却，那么第二加热容积可以包括聚四氟乙烯(PTFE)或者可由从起弧区进入第二加热容积的经加热气体蒸发的等效材料。取决于实施例，PTFE可以以例如由PTFE制成的表面涂层或者包括PTFE的涂层的形式设置在第二加热容积中。

取决于对断路器的要求和需求，可备选地或以组合的方式选择上面提到的特征。

上面关于创造性的方法阐述的优点同样适用于创造性的断路器，并且反之亦然。

根据权利要求或权利要求的组合，以及当考虑下面更详细的描述和附图时，本发明的另外的实施例、优点和应用将变得显而易见。

附图说明

将参照下面的示意图向本领域技术人员展示和阐述本发明，其中：

图1示出了通过根据本发明的第一实施例的断路器的中断室区域的简化轴向纵截面，其中纵截面的下半部分相对于开关轴线旋转大约角度α，使得其通过排气管；

图2示出了通过根据本发明的第二实施例的断路器的中断室区域的轴向纵截面，其中纵截面的下半部分相对于开关轴线旋转大约角度α，使得其通过排气管；

图3示出了通过根据本发明的第三实施例的断路器的中断室区域的轴向纵截面，其中纵截面的下半部分相对于开关轴线旋转大约角度α，使得其通过排气管；

图4示出了沿着图3的截面IV-IV的简化截面局部视图；以及

图5通过压力-温度图表说明本发明的技术效果。

出于本文描述的目的，用语“上”、“下”、“左”、“后”、“右”、“前”、“竖直”、“水平”以及它们的派生词将如图2中所定向的那样与本发明相关。然而，应当理解的是除非明确指明相反外，本发明可以采取多种备选定向和步骤顺序。图中相同的元件或功能上相同的元件赋予相同的参考符号，除非另有说明。

部件列表：

1、1a、1b可消耗开关设备组件

2第二接触部件、第二郁金香形触头

3第二喷嘴

4开关轴线

5销

6第一接触部件、郁金香形触头

7、7a、7b第一喷嘴

8过压阀

9起弧区

10电弧

13第一加热容积

14吹送通道

15周向壁

16来自喷气容积的吹出通道

17第一止回阀

18压力室

19环形盖

20环形帽

21环形盖中的轴向腔体

22环形帽中的轴向腔体

23盖的壁部分

24帽的壁部分

25第二加热容积

26第二止回阀(单向阀)

27排气管

28冷却元件

29、29a、29b分隔器

30、30a第二加热容积的径向高度

31、31a、31b气体入口

32排气口

33、33a分隔器的前缘

34过压阀8的活塞

35区域

36第二加热容积的轴向部分

37第二加热容积的径向部分

38曲线一

39曲线二

40第一方向

41第二方向

具体实施方式

除了其它之外，以下将在详细描述中提到：

在图中，在断路器实施例(即其可消耗开关设备组件)的所有多幅视图中，相同的参考标号表示相同的或对应的部件。如图1中所示，在上半部分显示断路器的第一实施例处于闭合位置，而在下半部分显示断路器的第一实施例处于打开位置。纵截面的下半部分相对于开关轴线旋转大约角度α，使得其通过排气管。如果在周向方向看时断路器系统相对于开关轴线具有90°对称性，那么角度α可为45°。然而，如果断路器系统不具有90°对称性，那么角度α可不为45°。

断路器具有壳体，该壳体相对于开关轴线4基本上旋转对称，且具有由绝缘材料制成的圆柱形中间壳体部分连接的第一金属壳体部分和第二金属壳体部分。这些壳体部分在所有情况都连接至断路器的相对的终端。在那个壳体内，有例如图1中所示的可消耗开关设备组件1。在可消耗开关设备组件1外部，尤其具有标称电流路径，该标称电路路径包括固定标称电流接触部件和可动标称电流接触部件以及排气容积、分割元件、开关驱动器和喷气容积/系统。所有这些项目都没有显示，因为它们并不属于本发明的核心。出于那样的目的，对图1和例如US6163001A中与之相关的描述作出参照。

可消耗开关设备组件1包括第二接触部件2，该第二接触部件2被设计成具有多个弹性接触指的第二郁金香形触头2，该多个弹性接触指在周向方向上彼此相互紧挨着，向下倾斜并朝向开关轴线4，并且被槽口分开。与第二郁金香形触头2相对布置有第二喷嘴3，第二喷嘴3包围开关轴线4并且由电绝缘材料制成。第二喷嘴3具有朝向左张开的漏斗形状。滑道(未示出)设置在第二喷嘴3的左手侧，并容纳可动触销5。所述触销5在断路器的闭合位置能够通过开关驱动器来沿着开关轴线4轴向移动，并且通过第二郁金香形触头2凸出至同样形成为郁金香形触头的第一接触部件6中，使得接触部件2和6利用它们的接触指触碰销5的壳表面。在本布置中，所述接触指弹性变形，结果它们在触销5上施加相当高的接触压力，以保证适当的电接触。第二喷嘴3紧固在壳体的分割壁中的中心开口中。

第一接触部件6被构造成与第二接触部件2类似，并且因此被第一喷嘴7附连和邻近。而且第一喷嘴7包围开关轴线4并且也由电绝缘材料制成。第一喷嘴7具有朝向右张开的漏斗形状，并且抵靠过压阀8。与图1中上半部分中过压阀8的闭合位置不同，下半部分显示过压阀8处于其打开位置。

在电路的打开位置，触销14被拉至左边，结果其尖端处于第二接触部件2的左边。起弧区9在电弧室中的第二接触部件2和第一接触部件6的接触指之间延伸，使得在中断电流时可在起弧区9中产生电弧10。起弧区9被第一环形加热容积13所包围，该第一环形加热容积13通过气隙连接至起弧区，该气隙将郁金香形触头2和郁金香形触头分开，并且形成周向吹送通道14。第一加热容积13在外部被绝缘材料制成的周向壁15密封。在第二喷嘴3处，在可消耗开关设备组件的周边上分布有例如4个喷气容积。取决于实施例，这些喷气容积各自具有能够被开关驱动器促动且各自通过吹出通道16连接至第一加热容积13的活塞。第一止回阀17在所有情况下均安装在通向第一加热容积13的排气通道16的开口中。

当在开关轴线的方向观察时，起弧区9紧邻压力室18布置，该压力室18通过第一接触部件6的指向左侧的郁金香形触头的接触指的端部在结构上与起弧区9分开。压力室18在径向上被郁金香形触头6和第一喷嘴7的第一邻接环形盖19限定，使得它具有向右张开的漏斗形状。在其右手侧，压力室18被具有包括弹簧机构的一体过压阀8的喷嘴7的第一邻接环形帽20限定。在压力室18中产生过度气体压力的情况下，过压管打开8，使得压力室18与排气容积液压连接，从而允许气体离开压力室18以防止断路器的机械损坏。取决于这些要求，过压阀8可以被布置在不与开关轴线4同心的地方。

盖19和帽20两者的特征分别在于若干轴向腔体21和22，其中盖19的腔体21在径向上相对于帽20的对应的腔体22移位，使得在所有情况下限定盖19的两相邻腔体21的壁部分23(24)形成指向帽20中的对应的腔体22的底部的突起23，保持并且反之亦然。这样盖19和帽20的表面齿轮或齿彼此嵌入地相互面对。因此，产生在盖19和帽20之间的空间形成了具有迷宫型形状的第二加热容积25，在紧邻于压力室18的第二加热容积25的末端具有周向气体入口31。因此，壁部分23、24以及腔体21、22的气体接触表面至少对于由起弧区进入到第二加热容积的气体用作引导机构，并且在某种程度上其还作为第二加热容积25中的冷气体的引导机构。腔体21的内表面或底表面作为第一引导元件21，用于在朝向用作第二引导元件22的腔体22的底表面的第一方向40上引导由起弧区进入第二加热容积25的经加热绝缘气体。第二引导元件22在具有与第一方向40相反的方向分量的第二方向41上引导气流。

第二加热容积25和气体入口31两者都相对于开关轴线4旋转对称。在本实施例中，腔体21和22在周向方向上完全绕着开关轴线4延伸。然而，在需要时，可改为提供若干气体入口。

第二止回阀26(偶尔也被称作单向阀26)安装在第二加热容积25的远端的开口中，使得当达到阈值时，止回阀26会流体地连接第二加热容积25和第一加热容积13。在一个实施例中，如果第二加热容积25内的气体压力超过第一加热容积13中的气体压力，那么就达到了预定义的阈值。第一实施例包括沿着开关轴线布置的两个第二加热容积25，使得第一加热容积13位于两个第二加热容积25之间。第二加热容积25布置在沿轴向从起弧区9移位的断路器的区域35中。

可消耗开关设备组件1的整个壳体及其附近填充有诸如例如SF6的合适的绝缘气体。

与US6163001A中公开的可消耗开关设备组件比较，本可消耗开关设备组件1具有改进的中断效率，因为其包括两个第二加热容积25，这尤其在电流高于150kA时对中断质量具有重要贡献。为避免冗长的说明，第二喷嘴3中的第二加热容积的大致配置与第一喷嘴7中的相同。因此它们用相同或类似的参考符号表示。

喷气缸体的仅指示的吹出通道16与第一喷嘴7的排气管27类似，在结构上与第二喷嘴3中的第二加热容积25分开。如图1、2和3所示，这样一种结构上的分离例如可通过管实现。

在需要时，压力室18以及第二加热容积25和第一加热容积13的内壁或壁部分能够衬有由诸如例如聚四氟乙烯的合适材料制成的层或涂层，如果这需要的话。这种措施的技术效果在于衬套材料的气化，这会增加气体的量和气体压力，同时吸收能量，这两者都对改进熄灭效果有贡献。

如果在第二单向阀26处的第二加热容积25的远端处被加压的冷气体的温度需要进一步降低，那么可能需要例如通过热管或类似物进行进一步冷却。在图1以及随后的附图中，这可通过至少一个冷却元件28实现。由于这样的冷却元件28是可选的，所以它们在图1中用虚线表示。

取决于第二加热容积25的尺寸和实施例，通过在迷宫形第二加热容积25的至少一部分内，优选在第二加热容积25的在第二单向阀26处的远端区域处提供至少一个分隔器29，可以阻止或至少限制冷气体和从压力室进入第二加热容积的经加热气体相对于开关轴线沿周向方向的不合需要的气体运动。在基本实施例中，这些分隔器29由板状壁29形成，板状壁29在将环形帽20组装至环形盖19上的阶段期间，可插入到对应的槽口(未显示在图1中)中。备选地，如果需要的话，这些分隔器29可结合于帽20中和/或盖19中。取决于需要，这些板状分隔器29可相对于开关轴线4径向定向。在图1中，这些分隔器29只分隔了分隔盖19中的腔体21，且沿开关轴线4的方向(在第一喷嘴7中朝着过压阀4向右)只延伸到第一边缘33。然而，在其它实施例中，这些分隔器可沿着第二加热容积的整个长度延伸，其中用语“长度”应该理解为来自压力室18气体的绝缘气体通过喷嘴的流径。

如果使用这些分隔器19，那么根据本申请的要旨，它们还用作气体引导机构。

假如在开关轴线4的方向上看，迷宫的高度30相对于其横截面而言相对较低，那么可能不需要分隔器29来保证从起弧区9进入第二加热容积25的气体不与第二加热容积25中，特别是靠近第二单向阀26存储的一定量绝缘气体过度混合。出于该原因，分隔器29对于图1中示出的实施例是可选的，并且因此在图1中用虚线表示。

可消耗开关设备组件的断开操作进行如下：

假如要中断低于50kA的电流的所谓低电流电弧，那么该电弧不会在例如第一加热容积13和第二加热容积25中引起足够的(即大量的)回热。因此电弧要借助于压力室，例如通过第一阀17将气体喷射到第一加热容积13中的喷气系统来中断。第二单向阀26处于其缩回(关闭)位置，使得气体被迫通过环形气隙14形成的吹送通道离开第一加热容积13。

在大于约50kA但小于约80kA的电流的中等电流电弧，以及约100kA至大约150kA的高电流(即低于最高电流)的情况下，这样的中等电流或高电流会在第一加热容积13中产生足够的回热用于中断电弧10，而不需要喷气系统的辅助。在这种情况下，箍缩作用已通过在第二加热容积25中的气体的回热而对中断过程有所贡献。然而，第二加热容积25对中断效率贡献的份额小于第一加热容积13的份额。

在150kA至大约200kA的所谓最高电流时，电弧引起完全箍缩状况，其中电弧10引起的箍缩压力非常强大。在最高电流下电弧在第二加热容积25中引起大量回热从而在其中造成大量冷压缩。因此，准备用于中断电弧的气体的吹送温度低于2000开尔文。注意，吹送气体包括第一加热容积13中被电弧直接加压的气体以及来自第二加热容积25的加压冷气体。在最高电流情况下，第二加热容积25对中断效率贡献的份额大于第一加热容积13的份额。

尽管图1中所示的可消耗开关设备组件的第一实施例包括两个喷嘴3、7以及两个第二加热容积25，但是仅具有一个第二加热容积，例如在第一接触元件6和第一环形帽20之间提供的第二加热容积的备选实施例可为适当的。

参照图2描述这种断路器的一个类似实施例，图2示出了创造性的断路器的第二实施例。为了避免元件的冗长的重复，申请人所声称的这些元件的功能和其得到的效果适于对图1中所示的第一实施例的解释说明。因此，在图2中这些元件用相同的参考标号表示。在下文中，重点放在图2中所示的第二实施例1a和断路器的第一实施例1的区别上。

第二实施例1a的特点在于布置在起弧区9的右手侧的仅一个喷嘴7a。这样，吹送通道16结合在第二接触部件2中。

在第二实施例1a中，起弧区9通过气体入口31a与第二加热容积25流体地连接。第二加热容积25和气体入口31a两者都相对于开关轴线4旋转对称。气体入口31a相对于由开关轴线4限定的纵向方向布置在起弧区9和过压阀8之间，其中气体入口31a以从过压阀8移位的方式布置在过压阀8和第二接触部件6的接触指之间。然而，在需要时，可改为提供若干气体入口。

由于过压阀8在纵向上在一端限定压力室18，所以从起弧区9进入压力室18的经加热气体通常主要通过那个气体入口31a离开压力室18，除非在过度过压的情况下，在这种情况下，允许气体离开压力室18直接到达排气口32。

再次，取决于第二加热容积25的横截面和尺寸，可能需要分隔器29来阻止或避免第二加热容积25中冷气体和经加热气体的不合需要的气流，使得气体特别是在第二加热容积25的远端区域中在第二单向阀26处混合。

与第一实施例1相比，第二实施例1a(特别是其第二加热容积25)的优点在于其更加易于制造，因为其几何复杂性低于第一实施例1中的第二加热容积。另一方面，迷宫形第二加热容积25所形成的气体流径的整体长度比第一实施例1中的短。

创造性的断路器的第三实施例1b在下文中参照图3和图4讨论。因此，下面的解释以对断路器及其可消耗开关设备组件的第三实施例1b与第二实施例1a的比较为基础。为了避免对元件的冗长的重复，申请人所声称的这些元件的功能和它们得到的效果适于对图1和图2中分别显示的第一实施例和第二实施例的解释。因此在图3中这些元件也用相同的参考标号表示。因此，重点放在断路器的第三实施例1b与第二实施例1a的区别上。

首先，第三实施例1b的特点在于布置在起弧区9的右手侧的仅一个喷嘴7b。吹送通道16结合在第二接触部件2中。此外，气体入口31b紧邻过压阀8布置，使得过压阀8的34辅助引导来自起弧区9的经加热绝缘气体进入入口31b。为了支持气体最佳地流动通过入口31b，过压阀8的活塞34相应成形，从而促进有低的流阻值和小的压力损耗。再次，第二加热容积25和气体入口31b两者都相对于开关轴线4旋转对称。然而，在需要时，可改为提供若干气体入口。

在第三实施例1b中，第二加热通道25的高度30a相对于其在开关轴线4的方向上看的横截面比在第一或第二实施例1、1a中大。由于更高的高度易于导致相对于开关轴线4沿周向方向在第二加热容积25内有不合需要的气体运动以及由此有不合需要的气体混合，所以已经提供了若干分隔器29a。如在沿着图3的平面IV-IV的横截面中所显示，在简化图4中，在第三实施例1b中，八个分隔器29a布置成沿周向方向彼此等距地移位，且相对于开关轴线4具有径向定向。如图3和图4所示，分隔器的长度几乎沿着第二加热容积25的整个长度延伸，其中用语长度应理解为来自压力室18气体的绝缘气体通过喷嘴7b的流径。因此，在图3中可以看到到达过压阀8的活塞34所在区域的分隔器29a的前缘33。在此实施例1b中，至少从起弧区9进入第二加热容积25的经加热绝缘气体的纵向引通过过介于第二加热容积25的轴向部分36和径向部分37之间的弯曲部、借助第一喷嘴7b的内表面执行，而对气体在相对于开关轴线4的周向方向的引导则通过分隔器19来执行。

在图4的下半部分中示出了备选分隔器布置，其中以备选的方式，每个第二分隔器29b被设计为具有比其余的分隔器29a短的长度。如前面提到的分隔器29a，这些第二分隔器29b也在第二加热容积25的远端处在单向阀26处将第二加热容积25分隔为多个子部分，但是它们的长度只延伸到第二加热容积25的水平部分与其径向部分37连结所处的弯曲区域之前。这样一个第二分隔器29b的前缘33a可位于其中的代表性区仅仅在下半部分中指示，以避免混淆，以及增进对图3的理解。在此第三实施例1b中，分隔器29a(29b)和第一环形盖19均由一个零件制成，即为单本体的。

取决于对排气管27的需要，它们可以是例如图4所示的漏斗形，或者例如图3所示的笔直的，其中为了简单仅仅显示了笔直方案。在图4中，仅仅示出了在下半部分中提供的一个示例性排气管27，而为了增强图4的可读性和清楚度，已经略去了另外的排气管。

除了分割第二加热容积25外，图4还示出了位于第二加热容积25的远端处在单向阀26处的第二加热容积25的形状。所述形状对应于环形环截面。取决于单向阀26的实施例，上述同样可以应用于它们。为了清楚和更好地理解，单向阀26没有在图4的下半部分中显示。

由于喷嘴7b的几何结构比图2中示出的喷嘴7a的几何结构更为基本，所以实施例1b与实施例1a相比更易于制造。

图5通过压力-温度图表示意性地说明本发明的技术效果，其中横坐标表示第一加热容积中的气体压力，以及其中纵坐标表示第一加热容积内的吹送气体的温度。2000开尔文线代表边界线，在该边界线以上，绝缘气体SF6的介电能力典型地在电方面会变得无效。曲线一38表示由于第二加热容积中大约6巴的预压缩引起的第一加热容积13中的压力积聚。曲线二39表示由于第二加热容积中大约20巴的预压缩而引起的第一加热容积13中的压力积聚。因此图表清楚地显示冷压缩的量形成中断质量的重要因素，特别是在要中断由超过150kA的电流所产生的最高电弧的情况下，在此情况下，需要最高的吹送气体压力。在这个图表中，在将冷气体导入第一加热容积之前，将第二加热容积中的冷气体预压缩从6巴提高至20巴允许使第一加热容积中的压力积聚翻倍，而不会过度地影响吹送气体温度。如果在第二加热容积中实现甚至更高的预压缩，即冷压缩，那么在第一加热容积内可以实现甚至更高的压力。

基于本文的教导，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不偏离本公开及其更宽方面的前提下，可以进行改变和修改。也就是说，本文在上面所阐述的所有实例意图为示例性的而非限制性的。

Claims (16)

1.一种电路断开方法，包括以下步骤：

a)提供具有填充有绝缘气体的中断室的气吹式断路器(1，1a，1b)，所述中断室包括起弧区(9)以及至少两个可分开起弧触头(2，6)；

b)在所述中断室的第二加热容积(25)中存储一定量绝缘气体，所述第二加热容积(25)与所述起弧区(9)流体地连接，且能够与第一加热容积(13)流体地连接，其中，所述第一加热容积(13)与所述起弧区(9)流体地连接；

c)将所述起弧触头(2，6)彼此分开，使得在所述起弧触头(2，6)之间产生电弧(10)，以及使得所述电弧(10)在所述第二加热容积(25)中产生的气压比标称气压高3巴；

d)通过从所述起弧区(9)进入所述第二加热容积(25)的经加热绝缘气体对所述第二加热容积(25)中的所述一定量绝缘气体加压；

e)至少将在步骤d)期间从所述起弧区(9)进入所述第二加热容积(25)中的所述经加热绝缘气体引导向单向阀(26)，其中，引导机构(21，22，23，24，29，29a)至少部分地将所述第二加热容积细分为彼此流体地分离的多个气体通道，使得从所述起弧区(9)进入所述第二加热容积(25)的所述经加热绝缘气体被所述第二加热容积(25)的引导机构(21，22，23，24，29，29a)阻止与存储在所述第二加热容积(25)中的所述一定量绝缘气体混合，其中，所述第二加热容积(25)是所述第一加热容积(13)的至少20%大；

f)通过从所述起弧区(9)进入所述第一加热容积(13)中的所述经加热绝缘气体施加在存储在所述第二加热容积(25)中的所述一定量绝缘气体上的气体压力来将存储在所述第二加热容积(25)中的所述一定量绝缘气体喷射到所述第一加热容积(13)中；

g)通过引导所述一定量绝缘气体从所述第一加热容积(13)通过至少一个吹送通道(14)返回到所述起弧区(9)来中断所述电弧(10)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二加热容积(25)是所述第一加热容积(13)的至少40%大，以及/或者其中，所述电弧(10)在步骤c)中处于箍缩模式。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述引导机构(21，22，23，24，29，29a)包括用于在第一方向(40)上引导从所述起弧区(9)进入所述第二加热容积(25)的经加热绝缘气体的第一引导元件(21)，以及用于在第二方向(41)上引导经加热绝缘气体而给所述第一引导元件(21)留下部分经加热绝缘气体的第二引导元件(22)，其中，所述第一方向(40)和所述第二方向(41)具有相反的方向分量。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征进一步在于，主动冷却存储在所述第二加热容积(25)中的所述一定量绝缘气体和从所述起弧区(9)进入所述第二加热容积(25)中的所述经加热绝缘气体中的至少一个。

5.一种断路器(1，1a，1b)，包括填充有绝缘气体的中断室，至少两个可分开起弧触头(2，6)限定起弧区(9)，其中，在电路中断过程期间，在所述至少两个可分开起弧触头(2，6)之间能够产生电弧(10)，其中，所述中断室包括与所述起弧区(9)流体地连接的第一加热容积(13)和与所述起弧区(9)流体地连接的第二加热容积(25)，

以及其中，所述第二加热容积(25)能够通过单向阀(26)与所述第一加热容积(13)流体地连接，如果所述第二加热容积中的气体压力超过预定义值，所述单向阀(26)就打开，其中，所述第二加热容积(25)是所述第一加热容积(13)的至少20%大，并且其中，所述第二加热容积(25)包括用于至少将从所述起弧区(9)进入所述第二加热容积(25)的经加热绝缘气体引导向所述单向阀(26)的引导机构(21，22，23，24，29，29a)，并且其中，所述引导机构(21，22，23，24，29，29a)至少部分地将所述第二加热容积(25)细分为彼此流体地分离的多个气体通道，使得从所述起弧区(9)进入所述第二加热容积(25)的所述经加热绝缘气体被阻止与在所述电路中断过程之前存储在所述第二加热容积(25)中的一定量绝缘气体混合。

6.根据权利要求5所述的断路器，其特征在于，所述引导机构(21，22，23，24，29，29a)包括用于在第一方向(40)上引导从所述起弧区(9)进入所述第二加热容积(25)的经加热绝缘气体的第一引导元件(21)，以及用于在与所述第一方向(40)不同的第二方向(41)上引导经加热绝缘气体而给所述第一引导元件(21)留下部分经加热绝缘气体的第二引导元件(22)，

其中，所述第一方向(40)和所述第二方向(41)具有相反的方向分量。

7.根据权利要求5或6所述的断路器，其特征在于，所述第二加热容积(25)形成具有曲折的或迷宫状外观的流径。

8.根据权利要求5或6所述的断路器，其特征在于，所述引导机构(21，22，23，24，29，29a)包括至少一个分隔器结构，以将所述第二加热容积(25)细分为彼此流体地分离的多个气体通道。

9.根据权利要求5或6所述的断路器，其特征在于，所述第二加热容积(25)为所述第一加热容积(13)的至少40%大。

10.根据权利要求5或6所述的断路器，其特征在于，所述第二加热容积(25)介于所述第一加热容积(13)的40%大至300%大之间。

11.根据权利要求5或6所述的断路器，其特征在于，所述第二加热容积(25)布置在从起弧区(9)移位的所述断路器的区域(35)中。

12.根据权利要求5或6所述的断路器，其特征在于，所述第二加热容积(25)包括聚四氟乙烯。

13.根据权利要求5或6所述的断路器，其特征在于，所述第二加热容积(25)包括至少一个冷却元件(28)，以主动冷却在所述电路中断过程之前存储在所述第二加热容积(25)中的所述一定量绝缘气体以及从所述起弧区(9)进入所述第二加热容积(25)中的所述经加热绝缘气体中的至少一个。

14.根据权利要求13所述的断路器，其特征在于，所述冷却元件(28)是散热片和热交换器中的至少一个。

15.根据权利要求5或6所述的断路器，其特征在于，所述起弧区(9)通过至少一个入口(31，31a，31b)与所述第二加热容积(25)流体地连接，所述至少一个入口(31，31a，31b)相对于纵向方向布置在所述起弧区(9)和过压阀(8)之间，其中，所述至少一个入口(31，31a，31b)布置为

a)从所述过压阀(8)移位；或者

b)紧邻所述过压阀(8)，使得所述过压阀(8)协助将来自所述起弧区(9)的经加热绝缘气体馈送到所述至少一个入口(31，31a，31b)中。

16.根据权利要求5或6所述的断路器，其特征在于，两个第二加热容积(25)沿着开关轴线布置，使得所述第一加热容积(13)位于两个第二加热容积(25)之间。