CN104106121A - 具有标称触头屏蔽组件的气体绝缘式断路器 - Google Patents
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Abstract
一种气体绝缘型断路器(1)包括：壳体(4)，其限定用于介电绝缘气体的气体空间；第一起弧触头部件(10)和第二起弧触头部件(20)，其中第一起弧触头部件(10)和第二起弧触头部件(20)可相对于彼此沿着轴线(2)运动；第一标称触头部件(40)和第二标称触头部件(60)，其中第一标称触头部件(40)和第二标称触头部件(60)可相对于彼此沿着轴线(2)运动；以及第一标称触头屏蔽组件(50)，其包括内部屏蔽部件(52)和外部屏蔽部件(54)，其中内部屏蔽部件(52)和外部屏蔽部件(54)布置成围绕轴线(2)同轴。第一标称触头部件(40)同轴地布置在内部屏蔽部件(52)和外部屏蔽部件(54)之间，并且可相对于内部屏蔽部件(52)和外部屏蔽部件(54)运动。
Description
技术领域
本发明大体涉及断路器且尤其适合高压断路器。具体而言，本发明涉及气体绝缘型断路器，其具有一对标称触头部件和标称触头屏蔽组件。
背景技术
高压(HV，本文限定为72.5kV或更高的电压)断路器通常通过使两个起弧触头部件(第一起弧触头部件和第二起弧触头部件)彼此分开来中断电流。在分开两个起弧触头部件之后，电流继续在它们之间流过，并且通过两个触头之间的电弧传送。为了中断电流，必须熄灭电弧，并且必须阻止重新起弧。在气体绝缘型断路器中，使用介电气体诸如SF6来熄灭电弧。介电气体也会降低重新起弧和介电击穿的风险。
但是，特别是在较高电压(例如380kV或更高)下，需要进一步降低各种构造的断路器中的介电击穿的风险。这个风险可通过增加在断路器内处于不同的电势上的元件之间的距离来降低。但是，这种增加的距离具有许多缺点，诸如需要更多的空间和绝缘气体(例如SF6)、较高的制造成本、较长的开关时间和/或需要较强的驱动器。
发明内容
因此，需要一种断路器，其甚至在较高电压下具有较高介电强度，但是具有紧凑设计。这个目标至少在某个程度上通过根据独立权利要求1所述的气体绝缘型断路器和根据独立权利要求13和14所述的方法来实现。根据权利要求、描述和附图，本发明的另外的方面、优点和特征是显而易见的。
根据实施例，一种气体绝缘型断路器包括：壳体，其限定用于介电绝缘气体的气体空间；第一起弧触头部件和第二起弧触头部件，其中第一起弧触头部件和第二起弧触头部件可相对于彼此沿着轴线运动；第一标称触头部件和第二标称触头部件，其中第一标称触头部件和第二标称触头部件可相对于彼此沿着轴线运动；以及用于对第一标称触头部件进行电屏蔽的第一标称触头屏蔽组件，其包括内部屏蔽部件和外部屏蔽部件。内部屏蔽部件和外部屏蔽部件布置成围绕轴线同轴。另外，第一标称触头部件同轴地布置在内部屏蔽部件和外部屏蔽部件之间，并且可相对于内部屏蔽部件和外部屏蔽部件运动。
根据另一个实施例，提供了使用气体绝缘式断路器来断开电路的方法。气体绝缘式断路器包括第一标称触头部件、第二标称触头部件、第一起弧触头部件和第二起弧触头部件、内部屏蔽部件和外部屏蔽部件。内部屏蔽部件和外部屏蔽部件布置成围绕轴线同轴。方法包括：通过使第一和第二标称触头部件沿着断路器的轴线远离彼此而相对地运动来使第一标称触头部件和第二标称触头部件彼此分开，从而使电流从第一和第二标称触头部件转移(commute)到第一和第二起弧触头部件；通过使第一和第二起弧触头部件沿着轴线远离彼此而相对地运动来使第一起弧触头部件和第二起弧触头部件彼此分开，从而在第一和第二起弧触头部件之间产生电弧；使第一标称触头部件相对于内部屏蔽部件和外部屏蔽部件运动，从而使第一标称触头部件沿轴向远离第二标称触头部件而缩回到内部屏蔽部件和外部屏蔽部件之间的空间(例如同轴地提供的空间)中。可选地，如果与内部和外部屏蔽部件相比，第一标称触头部件沿轴向缩回得更远离第二标称触头部件，则获得特别好的电屏蔽。
根据又一个实施例，提供了一种闭合气体绝缘式断路器的方法。气体绝缘式断路器包括第一标称触头部件、第二标称触头部件、第一起弧触头部件和第二起弧触头部件、内部屏蔽部件和外部屏蔽部件。内部屏蔽部件和外部屏蔽部件布置成围绕轴线同轴。该方法包括：使第一和第二起弧触头部件沿着断路器的轴线朝向彼此运动；使第一和第二标称触头部件沿着轴线朝向彼此运动，从而使第一标称触头部件相对于内部屏蔽部件和外部屏蔽部件运动，从而使第一标称触头部件从内部屏蔽部件和外部屏蔽部件之间的空间(例如同轴地提供的空间)沿轴向突起向第二标称触头部件(即，与以前相比，使第一标称触头部件向第二标称触头部件突起得更多)；使第一起弧触头部件与第二起弧触头部件接触，以在第一和第二起弧触头部件之间产生电流路径；以及使第一标称触头与第二标称触头接触，以在第一和第二标称触头部件之间提供电流路径，即通过快速的触头触碰而提供直接电流路径且没有中间电弧。
第一标称触头屏蔽组件允许有效地对第一标称触头部件进行电屏蔽。具体而言，因为在一方面的第一标称触头部件和另一方面的内部和外部屏蔽部件之间能够有相对运动，所以能够使屏蔽适于开关构造，即断开标称触头元件-闭合标称触头元件，从而获得甚至更高效的屏蔽。例如，当标称触头元件处于断开构造(处于彼此分开的构造)时，第一标称触头元件可沿轴向凹陷和/或缩回到内部和/或外部屏蔽部件后面(这里，“后面”表示沿远离第二标称触头的方向)。另一方面，当标称触头元件处于闭合位置或构造(处于彼此接触的构造)时，第一标称触头元件可沿轴向从内部和/或外部屏蔽部件沿朝向第二标称触头的方向突起。这也允许在断开(或闭合)断路器期间的中间构造中以及在断开构造中有良好的屏蔽，而在闭合构造中，第一标称触头屏蔽组件不会进行干扰或干涉。特别是在中间构造中，屏蔽部件允许协调标称触头部件处的电场强度与起弧触头部件处的电场强度，使得避免电弧在标称触头部件处重新起弧。而且，通过降低给定电压下的总的电应力，断路器可以在升高的电压下可靠地运行。
附图说明
在图中描绘和在以下描述中详细描述典型的实施例。在图中：
图1a和1b示出分别处于断开和断开构造的根据实施例的断路器的横截面；
图2a至2d示出处于各种构造的根据另一个实施例的断路器的横截面，即图2a处于闭合构造；图2b和2c处于中间构造；以及图2d处于断开构造。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的各种实施例，实施例的一个或多个示例示出在图中。在图的以下描述中，相同参考标号表示相同或类似构件。大体上，描述了相对于单独的实施例的差异。以阐述本发明的方式提供了各个示例，并且示例不表示对本发明的限制。另外，示出或描述为一个实施例的一部分的特征可用于其它实施例上或结合其它实施例，以产生又一个实施例。意图的是，描述包括这样的修改和变型。
这里，通过高电压断路器的示例阐述本发明，即断路器针对72.5kV或更高的标称电压定额。在特定的实施例中，断路器针对420kV或更高，或甚至550kV或更高的标称电压定额。
图1a显示根据本发明的实施例的气体绝缘式断路器1的一部分的横截面。断路器1包括一对起弧触头部件10和20、一对标称触头部件40和60、具有内部屏蔽部件52和外部屏蔽部件54的第一标称触头屏蔽组件50，以及具有内部屏蔽部件62和外部屏蔽部件64的第二标称触头屏蔽组件。另外，断路器1包括壳体(未显示)，壳体限定用于介电绝缘气体的气体空间。断路器限定轴线2，并且其元件大体围绕轴线2同轴地布置且基本沿轴向对称。图1a和一些其它图中的横截面未显示存在于轴线2的另一侧的对称地设置的特征。
根据一方面，内部屏蔽部件52和外部屏蔽部件454是环形的。而且，内部屏蔽部件62和外部屏蔽部件64可为环形的。本文中，用语“环形”表示基本形成围绕轴线2的环的任何形状。环不必为圆形，而是可在围绕轴线的一些角度位置(一个或多个)处中断，只要保持大体环状结构(例如只要在围绕轴线的角度延伸部方面，与环状结构相比，存在较少的中断(一个或多个))。优选地，环形内部屏蔽部件52和外部屏蔽部件54(以及可能地屏蔽部件62、64)相对于彼此和/或相对于轴线2同轴地布置。
作为一般方面，第一标称触头40可为圆柱形管，而第二标称触头60可包括触头指部，其适于接触第一标称触头40。具体而言，第二标称触头60可包括围绕第一标称触头40同心地布置的内部和外部触头指部，使得内部触头指部适于沿径向从内部接触第一标称触头40，并且外部触头指部适于沿径向从外部接触第一标称触头40。在这个情况下，标称触头40、60同心地布置成使得第一标称触头40沿径向处于第二标称触头60的内部和外部触头指部之间。这个布置显示在图1a和1b中。备选地，第二标称触头60可具有图1a和1b的内部或外部触头指部中的仅一个。触头指部可附连到第二标称触头部件上，或设置成第二标称触头部件60的单个本体的整体部分。例如，第二标称触头部件60可实现为管(可能由金属片材制成)，其中轴向裂口设置在轴向端处。触头指部然后设置在这些轴向裂口之间。备选地，触头也可设有为圆柱形管的第二标称触头60，并且第一标称触头40包括上面描述的触头指部。
显示图1a的断路器1处于闭合开关构造，也称为闭合构造。在闭合构造中，标称触头部件40和60接触彼此，以使电流在它们之间通过，而且起弧触头部件10和20接触彼此。大体上，一对触头部件中的触头部件要理解为彼此分开，以断开断路器，并且可彼此连接，以闭合断路器。
起弧触头部件10和20适于中断它们之间的起弧电流。为了这个目标，称为第一起弧触头部件10和第二起弧触头部件20的起弧触头部件10和20可沿着轴线2相对于彼此运动。照这样，可选择性地使起弧触头部件10和20接触彼此，如图1a中显示，或彼此分开，如图1b中显示。起弧触头部件10和20适于承受电弧。当起弧触头部件10和20彼此分开同时传送电弧电流(参见下面更详细的描述)时，在它们之间出现这种电弧。而且，当闭合断路器时，在起弧触头部件10和20接触彼此之前不久，电弧可形成为预电弧(pre-arc)。
标称触头部件40和60适于在它们之间传送电流且断开它们之间的电流，使得电流转移到起弧触头部件10、20：为了这个目标，称为第一标称触头部件40和第二标称触头部件60的标称触头部件40和60也可相对于彼此沿着轴线2运动。照这样，可选择性地使标称触头部件40和60接触彼此，以传送电流，如图1a中显示，或彼此分开，如图1b中显示，例如当没有电流在标称触头部件40和60之间传送时。
在正常运行期间，在第一和第二标称触头部件40、60之间流过的电流为工作电流(在正常状况下，高达断路器的额定电流的电流)，但是标称触头部件40、60也可支持更高的电流(例如短路电流)在它们之间流过，至少达短的时间。具体而言，在电路断开操作之前，标称触头部件40、60可支持服务电流或短路电流，这时这个电流然后转移到起弧触头部件10、20，如上面所描述。
当标称触头部件40和60彼此分开时，在触头部件40和60之间流过的电流转移到起弧触头部件10和20，在这里，电流可如下面进一步描述的那样中断。为了这个目标，该对标称触头部件40、60与该对起弧触头部件10、20并联地电连接。
第二标称触头部件60显示为双触头部件：其具有两个部件(内部部件设置成比外部部件更靠近轴线2)，这两个部件围绕轴线2同轴地延伸且在它们之间限定间隙。第一标称触头部件40可插入这个间隙中，使得在闭合位置上，第一标称触头部件40的沿径向向外定向的面接触第二标称触头的外部部件的沿径向向内定向的面，并且第一标称触头部件40的沿径向向内定向的面接触第二标称触头的内部部件的沿径向向外定向的面。因而，双触头第二标称触头部件60在两个相对的径向侧(在第一标称触头部件40的径向内侧和径向外侧)接触第一标称触头部件40。
虽然图1a和1b显示双触头第二标称触头部件60的两个部件具有大致相同轴向位置，但是在备选实施例中，第二标称触头部件60的这两个部件(内部和外部部件)可相对于彼此沿轴向移位。照这样，两个部件不同时与第一标称触头部件40分开：在电流转移期间的电弧然后仅在第二标称触头部件60的最后一部件与第一标称触头部件40分开时出现。这个实施例的效果是另一个部件(之前已经分开的部件)不会由于电弧而退化，并且因而较可靠地保持良好标称电流传送属性。
在备选实施例中，第二标称触头部件60也可实现为单触头部件，即具有仅一个其接触第一标称触头部件40所处的区域。这种单触头部件可例如为第二标称触头部件60，其具有显示在图1a和1b中的仅外部部件或仅内部部件。
第一和第二标称触头部件40、60在其径向侧(即径向内侧和/或径向外侧)处接触彼此。这允许甚至在不利的环境(诸如不均匀或受损的触头部件或公差)下有良好的导电接触。
第一标称触头屏蔽组件50布置成对第一标称触头部件40进行电屏蔽。本文中，屏蔽组件(或者屏蔽件/屏蔽部件)理解为降低被屏蔽元件上的电场的结构。为了这个目标，屏蔽件可至少部分地覆盖被屏蔽元件，并且适于保持处于与被屏蔽元件相同或类似电势(电压)。因而，屏蔽组件或屏蔽部件针对给定电压减少电应力，并且从而允许在给定的可接受的电应力值(电场幅度)下应用较高电压。
在实施例中，屏蔽组件50的内部屏蔽部件52和外部屏蔽部件54布置成围绕轴线2同轴且将第一标称触头部件40夹在它们之间：因而，第一标称触头部件40同轴地布置在内部屏蔽部件52和外部屏蔽部件54之间。
更精确地说，内部屏蔽部件52紧邻地布置在第一标称触头部件40的径向内侧。这里，紧邻表示除了可能的间隙、引导结构或电触头，存在没有其它元件在它们之间的轴向区段。同样，外部环形屏蔽部件54紧邻地布置在第一标称触头部件40的径向外侧。
换句话说，内部触头屏蔽部件52布置在第一标称触头部件40的面向轴线的侧部附近，而外部触头屏蔽部件54围绕轴线同轴地布置在第一标称触头部件40的背向轴线的侧部附近。
内部屏蔽部件52沿径向布置在第一起弧触头部件10和第一标称触头部件40之间。外部屏蔽部件54沿径向布置在第一标称触头部件40和壳体(即用于绝缘气体的容器)之间。
屏蔽部件52和/或54可包括提供适当的屏蔽的任何材料。例如，屏蔽部件52和/或54可包括传导性材料诸如金属或传导性聚合物。具体而言，屏蔽部件52、54和可选的62、64可由金属片材形成。屏蔽部件52和/或54也可包括具有传导性涂层的电介质。屏蔽部件52和/或54可比被屏蔽结构更平滑，并且可在其表面上没有任何缺陷(除了可能在表面的端部处)，其中缺陷限定为具有小于1mm的曲率半径的结构。
第一标称触头部件40可沿着轴线2相对于内部屏蔽部件52和外部屏蔽部件54运动。从而，如下面参照图1b更详细地描述的那样，能够高效地屏蔽第一标称触头部件40，以及从而甚至在更高电压下获得良好的介电强度。
未显示允许起弧触头部件10、20、标称触头部件40、60和屏蔽部件52、54、62、64运动的引导和驱动结构，并且其可以任何已知的方式实现。
屏蔽部件52、54有利地保持处于与第一标称触头部件40相同的电势。为了这个目标，屏蔽部件52、54可电连接到第一标称触头部件40上。这个电接触可例如通过接触电刷、弹簧触头、柔性线材或允许进行电接触或电流接触且同时进行相对运动的任何其它方式来建立。类似地，屏蔽部件62、64可以类似的方式电连接到第二标称触头部件60。如果在这些部件60、62、64之间不需要相对运动，则可以甚至更简单的方式实现连接，例如通过固定的电连接件。
屏蔽部件具有以下优点：随着时间的推移，标称触头部件40(以及60)的表面会因为在标称触头部件40、60分开且电流转移到起弧触头部件10、20时在标称触头部件40、60之间形成的转移电弧而变粗糙。这些转移电弧产生尖突或类似的粗糙结构。如果暴露于高的电场，则不合需要的电子或其它电荷载体可从这些粗糙结构发射出。屏蔽件会减少这样暴露于高电场，特别是如果屏蔽件设定成类似于被屏蔽元件(这里：标称触头部件40)的电压或电势。然后，仅相对平滑的屏蔽件(但是不是被屏蔽元件)暴露于高电场。作为本发明的一般方面，屏蔽部件52的表面形成为使得在屏蔽部件52和被屏蔽元件(这里：第一标称触头元件40)处的最高场强低于在不存在屏蔽部件52的情况下将在被屏蔽元件处存在的最高场强。类似状况适用于本文描述的任何其它屏蔽部件，即适于屏蔽部件54、62和/或64。
另外，由于屏蔽部件52、54(以及62、64)以及由于第一标称触头部件40能够缩回到屏蔽部件52、54后面，第一标称触头部件40处的场强显著降低，特别是在断路器断开期间以及在断开构造中当标称触头部件40、60彼此分开时。从而，确保在任何构造的断路器中，标称触头部件40(以及60)处的场强低于起弧触头部件10和20处的场强，即使例如标称触头部件40(以及60)的表面会由于转移电弧而变粗糙。具体而言，内部屏蔽52屏蔽标称触头部件40，以及也屏蔽起弧触头部件10。这个较低的场强具有减少在断开操作期间在起弧触头部件10和20之间的介电失效的风险，以及减少在断路器闭合期间的预起弧距离。从而，开关属性得到改进，特别是在较高电压下。
因此，作为本发明的一般方面，屏蔽部件52(以及54，以及如果存在的话，62和/或64)布置成使得在任何构造的断路器中，标称触头部件40(以及60)处的场强低于起弧触头部件10和20处的场强，优选低20%或更多。
具有内部屏蔽部件62和外部屏蔽部件64的第二标称触头屏蔽组件布置成对第二标称触头部件60进行电屏蔽。
内部屏蔽部件62和外部屏蔽部件64布置成围绕轴线2同轴，以及将第二标称触头部件60夹在它们之间：因而，第二标称触头部件60同轴地布置在内部屏蔽部件62和外部屏蔽部件64之间。更精确地，内部屏蔽部件62紧邻地布置在第二标称触头部件60的径向内侧，以及外部屏蔽部件64紧邻地布置在第二标称触头部件60的径向外侧。
内部屏蔽部件62沿径向布置在第二起弧触头部件20和第二标称触头部件60之间。外部屏蔽部件64沿径向布置在第二标称触头部件60和壳体之间。从而，内部屏蔽部件62屏蔽第二起弧触头部件20和第二标称触头部件60两者，而外部屏蔽部件64屏蔽第二标称触头部件60。
图1b显示处于断开开关构造(这也称为断开构造)的图1a的断路器1。在断开构造中，标称触头部件40和60彼此分开，以不使电流(直接通过电流接触)流过它们之间，而且起弧触头部件10和20也彼此分开。断开和闭合断路器的详细过程，即从图1a的闭合构造变成图1b的断开构造和从图1b的断开构造变成图1a的闭合构造的详细过程类似于在下面关于图2a至2d更详细描述的过程。
相比于图1a的闭合构造，在图1b的断开构造中，第一标称触头部件40和第一起弧触头部件10已经分别沿着轴线2运动离开第二标称触头部件60和第二起弧触头部件20(即在图1b中向右运动)。从而，第二起弧触头部件20、第二标称触头部件60和屏蔽部件62和64的相对位置不被改变：这些部件附连到彼此上，诸如以在开关在闭合和断开构造之间运动时相对于彼此固持它们的相对位置。在备选实施例中，它们可相对于彼此运动，但是与第一和第二标称触头部件40、60的运动相比和/或与第一和第二起弧触头部件10、20的运动相比较少。
如可在图1b中看到的那样，第一标称触头部件40和第一起弧触头部件10不仅可相对于第二起弧触头部件20(以及从而相对于所有附连到第二起弧触头部件20上的部件)运动，而且它们也可相对于彼此运动：因而，存在可彼此不同地运动的至少三组部件。第二起弧触头部件20和所有附连到其上的部件属于第一组；第一起弧触头部件10属于第二组，而第一标称触头部件40属于第三组。各个屏蔽部件52和54属于不同于第一标称触头部件40的组。这分别可为第一组、第二组或额外的(第四或第五)组。
备选地，第一标称触头部件40和第一起弧触头部件10也可相对于彼此固定，并且可作为第一组共同运动。而且，第二标称触头部件60和第二起弧触头部件20(以及可选地还有屏蔽部件62和64，如果存在的话)可相对于彼此固定，并且可作为第一组共同运动。标称触头40、60布置成比起弧触头10、20彼此离开更大的距离，使得标称触头40、60在起弧触头10、20之前彼此分开。屏蔽部件52(以及，如果存在的话，还有屏蔽部件54)可彼此固定且可作为第三组共同运动。例如，第一组可由驱动器直接驱动，而第二和第三组可由驱动器通过齿轮间接地驱动。
可存在成额外的组的可独立运动的部件。例如，屏蔽部件52和/或54也可适于独立于第二起弧触头部件20而运动，并且可存在包括例如内部屏蔽部件52的第四组和/或包括例如外部屏蔽部件54的第五组。
同样，第二触头内部屏蔽部件62和/或第二触头外部屏蔽部件64可附连到第二起弧触头部件20和/或第二标称触头部件60上，以便可分别与第二起弧触头部件20和/或第二标称触头部件60共同运动。备选地，第二触头内部屏蔽部件62和/或第二触头外部屏蔽部件64可分别相对于第二起弧触头部件20和/或第二标称触头部件60运动。
断路器的各种触头部件可相对于彼此运动的事实允许有较大的灵活性来以有利的方式布置元件，这取决于断路器是处于断开构造还后处于闭合构造。这特别适于可相对于内部屏蔽部件52和外部屏蔽部件54运动的第一标称触头部件40：这些部件的相对运动能力允许在断开(或闭合)断路器期间的中间构造中以及在断开构造中进行良好的屏蔽，而第一标称触头屏蔽组件在闭合构造中不会进行干扰或干涉。特别是在中间构造中，屏蔽部件允许协调标称触头部件处的电场强度与起弧触头部件处的电场强度，使得避免电弧在标称触头部件处重新起弧。而且，通过降低在给定电压下的总的电应力，断路器可以在升高的电压下可靠地运行。
之前，关于由于这些活动部件而给断路器带来的额外的复杂性，没有考虑这种量的可独立运动的触头部件和特别是可独立运动的屏蔽部件。但是，根据本发明，认识到，一方面的触头部件40和另一方面屏蔽部件52和54的精确的独立运动显著地且以惊人的程度改进了介电强度，并且从而允许在紧凑设计中有高电压。
如果如图1a和1b中示出的那样，开关构造成使得与在断开构造中相比，在闭合构造中，第一标称触头部件40从内部和外部屏蔽部件52、54沿轴向向第二标称触头部件60突起得更多，则屏蔽可以特别高效的方式获得。以这个方式，在闭合构造中，在标称触头部件40和60之间可存在不受阻的接触，以在它们之间传送电流；以及在断开构造中，第一标称触头部件40通过屏蔽部件52、54高效地屏蔽。在断开构造中，第一标称触头部件40可能根本不从屏蔽部件52、54突起，而是沿轴向缩回而与内部和外部屏蔽部件52、54中的至少一个齐平或沿远离第二标称触头部件60的方向在内部和外部屏蔽部件52、54中的至少一个的后面。
在实施例中，断路器为双动作类型。这表示第一起弧触头部件10和第二起弧触头部件20两者都可相对于壳体4运动。另外，第一标称触头部件40和第二标称触头部件60中的至少一个可相对于壳体4运动。在图1a和1b的实施例中，第二标称触头部件60可相对于壳体4运动。为了进行特别快速的电路断开，断路器可为全双动作类型，即使得第一标称触头部件40和第二标称触头部件60两者都可相对于壳体4运动。
为了驱动可动触头部件，提供了触头部件驱动组件(未显示)。本文未描述断路器的驱动组件的在原理上已知的细节。例如，在全双动作构造中，触头部件驱动组件适于沿第一方向沿着轴线2(在图1a和1b中向右)驱动第一起弧触头部件10和第一标称触头部件40(其可不动地连接到彼此上，如上面描述的那样)，以及沿与第一方向相反的第二方向沿着轴线2(在图1a和1b中向左)驱动第二起弧触头部件20和第二标称触头部件60(其也可不动地连接到彼此上，如上面描述的那样)，以断开断路器。
作为另一个一般方面，触头部件驱动组件可构造成使得第一起弧触头部件10和第二起弧触头部件20具有相互不同的运动分布。本文中，运动分布被理解为表示随着时间而变化或随着被驱动侧的位移而变化或随着另一个根据时间或位移获得的等效参数而变化的位移(大体沿着轴线2)。可例如借助于齿轮实现这样的不同的运动分布，齿轮使第一起弧触头部件10的运动与第二起弧触头部件20的运动耦合，齿轮具有不等于一的齿轮比(即至少在运动的一些时间期间；优选甚至在运动的主要部分期间不等于一)。齿轮可设定成(但是不是必须设定成)使得第一标称触头部件40和第一起弧触头部件10在整个电路断开期间沿相同方向运动。
第一标称触头部件40可进一步具有不同于第一起弧触头部件10和第二起弧触头部件20的运动分布，或可与第一起弧触头部件10共同运动且因而与第一起弧触头部件10具有相同的运动分布。
图2a至2d显示根据另一个实施例的断路器的一部分。这里，对应于图1a和1b中显示的那些的元件被分配相同的参考标号，并且图1a和1b的描述也适于2a至2d。在下文中，仅阐述相对于1a和1b的额外的元件或其它差异。
图2a显示处于闭合构造的断路器1。除了在图1a和1b中已经显示的元素，诸如轴线2，图2a显示断路器的壳体4的一部分和室绝缘体82，室绝缘体82具有室绝缘体保持器84、86，用于获得额外的介电和机械强度(室绝缘体82也可备选地由单独的绝缘杆替代)。另外，省略了图1a中的外部屏蔽件64。作为替代，第二标称触头部件60成形为具有平滑的径向外侧(图2a中的上侧)，以避免小的曲率。当使用这种形状时，可减小第二标称触头部件60的外侧上的最大场强且因此减小在该外侧上进行屏蔽的必要性。第二标称触头部件60的内部可实现为固体管，而外部部件可实现为附连到管上的管状片材。
在备选实施例中，第二标称触头部件60可由双触头(指部)组件和/或单个触头来替代，如上面关于图1而描述。而且，可选地可提供图1中显示的屏蔽部件62和/或64，如上面关于图1所描述的那样。
仅示意性地在图2a至2d中显示屏蔽部件54。屏蔽部件54电接触第一标称触头部件40。这个电接触可例如通过触头指部或接触螺旋件来建立。如果期望建立接触的元件(例如接触螺旋件)永久性地接触第一标称触头部件40，则第一标称触头部件40应当具有至少与屏蔽部件54和标称触头部件40之间的相对位移一样长的长度。在实施例中，为了减少第一标称触头部件40的长度(以及从而质量)，可例如通过下者来减少相对位移：仅在开关操作的一部分期间使屏蔽部件54和第一标称触头部件40相对于彼此运动(例如使标称触头部件40缩回到屏蔽后面，直到实现图2c的构造)，以及在开关操作的其余部分期间(在图2c至图2d之间)使它们共同运动。备选地，第一标称触头部件40可保持较短，并且与屏蔽部件54的接触可通过指部等仅在屏蔽重要的一部分操作期间临时地建立。
屏蔽部件52和/或54可由金属板形成。屏蔽部件52也与第一标称触头部件40例如通过单独的弹簧触头等或通过屏蔽部件54电接触。
屏蔽部件62可与第二标称触头部件60共同运动，并且与第二标称触头部件60电接触(未显示电连接)。
另外，图2a显示附连到第二起弧触头部件20上的喷嘴系统70。喷嘴系统70具有主要喷嘴本体76和补充喷嘴本体72，其在它们之间限定通道74，通道74适于传送被引导到起弧触头部件10、20之间的电弧的灭弧介电气体流。具体而言，喷嘴系统70可为自喷喷嘴系统。
喷嘴系统70布置成围绕轴线2同轴，并且在其中间具有通道开口，第一起弧触头部件10可在其中沿着轴线2运动。作为一般方面，喷嘴系统70布置(例如夹)在第一起弧触头部件10和屏蔽部件52之间。在第二触头侧，喷嘴系统70布置(例如夹)在第二起弧触头部件20和屏蔽部件62之间。
第二触头内部屏蔽部件62因而沿径向布置在喷嘴组件70和第二标称触头部件60之间。第二起弧触头部件20、第二标称触头部件60、第二触头内部屏蔽部件62和喷嘴组件70可附连到彼此上且可共同运动。
接下来，描述了断路器1的电路断开操作。电路断开操作在图2a中显示的闭合构造中开始，图2b和2c为中间构造，并且最终为图2d中显示的断开构造。
从图2a开始，通过使第一和第二标称触头部件40、60沿着轴线2远离彼此而相对地运动来使第一和第二标称触头部件40、60彼此分开，从而获得图2b的中间构造，其中这些触头部件40、60彼此分开。在图2a-2d中显示的双动作类型的装置中，第一标称触头部件40相对于壳体4向右运动，而第二标称触头部件60向左运动；但是在原理上，在效率较低但是可行的变型中，可仅仅执行这些运动中的一个。
当标称触头部件40、60彼此分开时(图2b)，电流(例如工作电流或短路电流)从第一和第二标称触头部件40、60转移到仍然彼此接触的第一和第二起弧触头部件10、20。由于通过起弧触头10、20的电流路径有阻抗，电流仍然可在标称触头部件40、60之间形成电弧中传送短时间。
然后，从图2b到图2c，通过使第一和第二起弧触头部件10、20沿着轴线2远离彼此而相对地运动来使第一和第二起弧触头部件10、20彼此分开：第一起弧触头部件10相对于壳体4向右运动，而第二起弧触头部件20向左运动(再一次，备选地仅可执行这些运动中的一个)。当起弧触头部件10、20以这个方式分开时，在它们之间产生电弧(未显示)。电弧后续被通过喷嘴系统70的灭弧气流熄灭。
然后，参照图2d，起弧触头部件10、20进一步运动远离彼此，并且同样，标称触头部件40、60也进一步运动远离彼此。第一标称触头部件40从而相对于屏蔽部件52、54运动，以诸如缩回到这些屏蔽部件52、54后面(例如，进入同轴地设置在内部屏蔽部件52和外部屏蔽部件54之间的空间)。由于沿轴向运动远离第二标称触头部件60到达内部和外部屏蔽部件52、54的后面，第一标称触头部件40(或者部件40、60)被屏蔽部件52、54非常高效地屏蔽，并且降低介电击穿的风险。具体而言，特别是屏蔽件52确保在标称触头部件40(以及60)处的电场强度低于起弧触头部件20、40处的电场强度，甚至是当起弧触头部件20、40如图2d中显示已经运动远离彼此时。为了这个目标，标称触头部件40沿轴向运动到屏蔽部件52的后面(在图2d中向右运动)，以得到有效的屏蔽。
作为一般方面，为了特别是在电路断开的较晚的阶段获得良好的屏蔽(图2c中显示)，屏蔽部件52也可具有方向会反转的运动分布，使得在电路断开的较早的阶段，屏蔽部件52沿与标称触头部件40相反的方向运动(在图2a-2c中向左)，而在电路断开的较晚的阶段(图2d中显示)，屏蔽部件52沿与标称触头部件40相同的方向运动(在图2d中向右)。
当再次闭合断路器时，这些步骤可以相反的顺序进行：从图2d开始，第一和第二起弧触头部件10、20沿着轴线2运动向彼此；并且第一和第二标称触头部件40、60也沿着轴线2运动向彼此。从而，第一标称触头部件40相对于屏蔽部件52、54运动，使得与之前(如可通过比较图2c与图2d看到的那样)相比，第一标称触头部件40从内部屏蔽部件52和外部屏蔽部件54之间的空间沿轴向向第二标称触头部件60突起得更多。因此，第一标称触头部件40也比内部和外部屏蔽部件52、54(图2c)突起得更多。
起弧触头部件10、20然后运动向彼此，使得它们彼此接触，从而在它们之间提供电流路径(图2b)。如果当起弧触头部件10、20彼此靠近但是又不接触彼此时断路器处于电压下，则高电场强可导致在起弧触头部件10、20之间形成预电弧，其燃烧到起弧触头部件10、20接触彼此为止。最终，标称触头部件40、60也运动向彼此，使得它们接触彼此，从而在它们之间产生电流路径(图2a)。
电路断开操作和闭合操作的上面的描述也适于图1a和1b示出的任何实施例，但是未显示其中间构造。
接下来，描述了可独立于彼此而适用于本文描述的任何实施例的几个另外的可行通用特征。断路器可包括驱动单元，用于驱动第一标称触头部件40和第二标称触头部件60中的至少一个、第一起弧触头部件10和第二起弧触头部件20。驱动单元可在尺寸上设置成在两个AC循环内执行电路断开操作。
大体上，第一标称触头部件40和第二标称触头部件60中的至少一个、第一起弧触头部件10和第二起弧触头部件20可相对于壳体4沿着轴线2运动。另外或备选地，内部屏蔽部件52和/或第二触头内部屏蔽部件62也可相对于壳体4沿着轴线2运动。相反，外部屏蔽部件54可相对于壳体4固定。用语“可运动”大体涉及相对于壳体4的运动能力。但是，用语“可独立地运动”或“可不同地运动”表示元件之间的相对运动，并且可甚至包括要固定或不动(在断开或制造操作期间，相对于壳体4，至少达某个时间段)的一个元件。
所有触头部件可布置成围绕轴线2同轴。
内部屏蔽部件52可紧邻地布置在第一标称触头部件40的径向内侧，以及/或者外部屏蔽部件54可紧邻地布置在第一标称触头部件40的径向外侧。
大体上，第二标称触头屏蔽组件62、64的第二触头内部和屏蔽部件62和可选的第二触头外部屏蔽部件64可具有本文描述的第一标称触头屏蔽组件50的屏蔽部件52和/或54的任何特性。
接下来，描述了上面描述的实施例中的任一个的几个可行变型。第二触头内部屏蔽部件62和第二触头外部屏蔽部件64中的一个或两者也可省略。
标称触头部件60显示为双触头部件。备选地，标称触头部件60可在标称触头部件40的径向内侧或径向外侧处仅具有(包括)这些双触头中的一个。
作为一般方面，如果在第一和第二标称触头部件40、60在其径向侧处(即在径向内侧和/或外侧处)彼此接触，则甚至在不利的环境下(诸如在不均匀的或受损的触头部件和/或高机械公差的情况下)也可获得良好的导电接触。
第二标称触头部件60(参见图1a)的两个部件(内部和外部部件)可沿轴向相对于彼此移位。以这个方式，两个部件不同时与第一标称触头部件40分开。在电流转移期间的电弧则仅在一个部件中形成，而另一个部件不会由于电弧而退化，并且保持良好的电流传送属性。
这些变型示出，可设计出本发明的其它和另外的实施例，而不脱离其基本范围。该范围通过所附权利要求来确定。
Claims (15)
1. 一种气体绝缘型断路器(1)，包括：
-壳体(4)，其限定用于介电绝缘气体的气体空间；
-第一起弧触头部件(10)和第二起弧触头部件(20)，其中所述第一起弧触头部件(10)和所述第二起弧触头部件(20)可相对于彼此沿着轴线(2)运动；
-第一标称触头部件(40)和第二标称触头部件(60)，其中所述第一标称触头部件(40)和所述第二标称触头部件(60)可相对于彼此沿着所述轴线(2)运动；以及
-第一标称触头屏蔽组件(50)，其用于对所述第一标称触头部件(40)进行电屏蔽，所述第一标称触头屏蔽组件(50)包括内部屏蔽部件(52)和外部屏蔽部件(54)，其中所述内部屏蔽部件(52)和所述外部屏蔽部件(54)布置成围绕所述轴线(2)同轴，以及其中
所述第一标称触头部件(40)同轴地布置在所述内部屏蔽部件(52)和所述外部屏蔽部件(54)之间，并且可相对于所述内部屏蔽部件(52)和所述外部屏蔽部件(54)运动。
2. 根据前述权利要求中的任一项所述的气体绝缘型断路器，其特征在于，所述内部屏蔽部件(52)紧邻地布置在所述第一标称触头部件(40)的径向内侧，以及/或者其中所述外部屏蔽部件(54)紧邻地布置在所述第一标称触头部件(40)的径向外侧。
3. 根据前述权利要求中的任一项所述的气体绝缘型断路器，其特征在于，所述第一标称触头部件(40)和所述第二标称触头部件(60)中的至少一个、所述第一起弧触头部件(10)和所述第二起弧触头部件(20)可相对于所述壳体(4)沿着所述轴线(2)运动。
4. 根据前述权利要求中的任一项所述的气体绝缘型断路器，其特征在于，进一步包括用于相对于所述壳体(4)驱动所述第一标称触头部件(40)和所述第二标称触头部件(60)中的至少一个、所述第一起弧触头部件(10)和所述第二起弧触头部件(20)的驱动单元，具体而言直接驱动器和辅助齿轮，并且具体而言所述驱动单元在尺寸上设置成在两个AC循环内执行电路断开操作，并且进一步具体而言所述断路器适于420kV或更高，或甚至550kV或更高的标称电压。
5. 根据权利要求4所述的气体绝缘型断路器，其特征在于，所述驱动单元进一步包括触头部件驱动组件，其用于沿第一方向沿着所述轴线(2)驱动所述第一起弧触头部件(10)和所述第一标称触头部件(40)使得所述第一标称触头部件(40)相对于所述内部屏蔽部件(52)和所述外部屏蔽部件(54)运动，并且用于沿第二方向、具体而言沿与所述第一方向相反的第二方向沿着所述轴线(2)驱动所述第二起弧触头部件(20)和所述第二标称触头部件(60)，以断开所述断路器，使得所述第一起弧触头部件(10)和所述第二起弧触头部件(20)具有相互不同的运动分布，具体而言其中所述驱动单元提供方向会反转的运动分布，具体而言使所述内部屏蔽部件(52)的方向反转的运动分布。
6. 根据前述权利要求中的任一项所述的气体绝缘型断路器，其特征在于，进一步包括第一标称触头驱动机构，其构造成驱动所述第一标称触头部件(40)，以使其在闭合构造中比在断开构造中从所述内部和外部屏蔽部件(52，54)沿轴向向所述第二标称触头部件(60)突起得更多。
7. 根据权利要求6所述的气体绝缘型断路器，其特征在于，所述第一标称触头驱动机构构造成驱动所述第一标称触头部件(40)，以使其在断开开关构造中沿轴向缩回而与所述内部屏蔽部件(52)和外部屏蔽部件(54)中的至少一个齐平或沿远离所述第二标称触头部件(60)的方向在所述内部屏蔽部件(52)和外部屏蔽部件(54)中的至少一个后面。
8. 根据前述权利要求中的任一项所述的气体绝缘型断路器，其特征在于，进一步包括绝缘喷嘴组件(70)，其附连到所述第二起弧触头部件(20)上，并且围绕所述轴线(2)同轴地布置在所述第二起弧触头部件(20)和所述第二标称触头部件(60)之间的径向位置处。
9. 根据前述权利要求中的任一项所述的气体绝缘型断路器，其特征在于，进一步包括围绕所述轴线(2)同轴地布置在所述第二标称触头部件(60)的径向内侧的第二触头内部屏蔽部件(62)，以及可选地包括围绕所述轴线(2)同轴地布置在所述第二标称触头部件(60)的径向外侧的第二触头外部屏蔽部件(64)。
10. 根据权利要求9所述的气体绝缘型断路器，其特征在于，所述第二触头内部屏蔽部件(62)和/或第二触头外部屏蔽部件(64)固定到所述第二起弧触头部件(20)和/或第二标称触头部件(60)上且可与所述第二起弧触头部件(20)和/或第二标称触头部件(60)共同运动，或者可独立于所述第二起弧触头部件(20)和/或第二标称触头部件(60)而运动。
11. 根据权利要求中的任一项所述的气体绝缘型断路器，其特征在于，三组部件可彼此不同地运动，第一组包括所述第二起弧触头部件(20)和附连到其上的部件，第二组包括所述第一起弧触头部件(10)，而第三组包括所述第一标称触头部件(40)，并且其中所述内部和外部屏蔽部件(52，54)中的各个属于所述第三组以外的组，具体而言属于所述第一组或所述第二组或额外的第四或第五组。
12. 根据权利要求1-11中的任一项所述的气体绝缘型断路器，其特征在于，所述第一标称触头部件(40)和所述第一起弧触头部件(10)相对于彼此固定且可共同运动；以及/或者其中所述第二标称触头部件(60)和所述第二起弧触头部件(20)相对于彼此固定且可共同运动；以及/或者所述内部屏蔽部件(52)和所述外部屏蔽部件(54)彼此固定且可共同运动。
13. 一种用于使用气体绝缘式断路器(1)来断开电路的方法，所述气体绝缘式断路器包括第一标称触头部件(40)、第二标称触头部件(60)、第一起弧触头部件(10)和第二起弧触头部件(20)、内部屏蔽部件(52)和外部屏蔽部件(54)，其中所述内部屏蔽部件(52)和所述外部屏蔽部件(54)布置成围绕所述轴线(2)同轴，所述方法包括：
-通过使所述第一和第二标称触头部件(40、60)沿着所述断路器的轴线(2)远离彼此而相对地运动来使所述第一标称触头部件(40)和所述第二标称触头部件(60)彼此分开，从而使电流从所述第一和第二标称触头部件(40，60)转移到所述第一和第二起弧触头部件(10，20)；
-通过使所述第一和第二起弧触头部件(10，20)沿着所述轴线(2)远离彼此而相对地运动来使所述第一起弧触头部件(10)和所述第二起弧触头部件(20)彼此分开，从而在所述第一和第二起弧触头部件(10、20)之间产生电弧；以及
-使所述第一标称触头部件(40)相对于所述内部屏蔽部件(52)和所述外部屏蔽部件(54)运动，从而使所述第一标称触头部件(40)沿轴向远离所述第二标称触头部件(60)而缩回到所述内部屏蔽部件(52)和所述外部屏蔽部件(54)之间的空间中。
14. 一种闭合气体绝缘式断路器(1)的方法，所述气体绝缘式断路器包括第一标称触头部件(40)、第二标称触头部件(60)、第一起弧触头部件(10)和第二起弧触头部件(20)、内部屏蔽部件(52)和外部屏蔽部件(54)，其中所述内部屏蔽部件(52)和所述外部屏蔽部件(54)布置成围绕所述轴线(2)同轴，所述方法包括：
-使所述第一起弧触头部件(10)和所述第二起弧触头部件(20)沿着所述断路器的轴线(2)朝向彼此运动；
-使所述第一标称触头部件(40)和所述第二标称触头部件(60)沿着所述轴线(2)朝向彼此运动，从而
使所述第一标称触头部件(40)相对于内部屏蔽部件(52)和外部屏蔽部件(54)运动，从而使所述第一标称触头部件(40)沿轴向从所述内部屏蔽部件(52)和所述外部屏蔽部件(54)之间的空间向所述第二标称触头部件(60)突起；
-使所述第一起弧触头部件(10)与所述第二起弧触头部件(20)接触，以在所述第一和第二起弧触头部件(10，20)之间提供电流路径；以及
-使所述第一标称触头部件(40)与所述第二标称触头部件(60)接触，以在所述第一和第二标称触头部件(40，60)之间产生电流路径。
15. 根据权利要求13或14中的任一项所述的方法，其特征在于，所述断路器为根据权利要求1-12中的任一项所述的气体绝缘型断路器。
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