CN107077988A - 高电压压气式断路器及具有这种压气式断路器的断路器单元 - Google Patents

Abstract

气体绝缘的高电压压气式断路器(1)包括：压气单元(3)，压气单元(3)具有在压气缸(5)中运动并限定压气容积(6)的可移动活塞(4)。活塞(4)和第一接触件(2)附接到活塞杆(9)。当第一接触件(2)从第一位置移动到第二位置时，电弧区域(13)中的电弧可被熄灭。压气容积(6)通过气体通道(14)与气体喷嘴(12)流体连接，使得压气容积(6)包括气体通道(14)以及压气缸(5)的一部分(15)。气体通道(14)设置在压气器(5)的径向外侧，位于限定压气缸(5)的压气缸壁(17)和压气单元(3)的壁结构(18)之间。

Description

高电压压气式断路器及具有这种压气式断路器的断路器单元

技术领域

本发明涉及一种用于气体绝缘开关装置中的压气式断路器、以及包括这种压气式断路器的断路器单元。此外，本发明还涉及这种压气式断路器在高电压系统、特别是HVDC系统中断开电流的用途。

背景技术

在现有技术文献中，已知有多种类型的压气式断路器。

FR2733086A1是一种具有第一接触件和第二接触件的压气式断路器的示例，第一接触件和第二接触件形成与可分离额定电流路径相分离的可分离断开电流路径。驱动器与压气缸连接，使得压气缸相对于固定活塞可移动，从而将压气缸内的压气容积中的一定量的储存气体供应到喷嘴。

第二类型的压气式断路器的代表从FR2352386A1中已知。该文献的大致思想是提出一种冲程相对较短的压气式断路器。由于活塞的直径通常由给定的额定接触系统确定，因此，这种短冲程将导致路较低量的气体流量。为了实现短冲程并克服低流量的问题，FR2352386A1提出了设置多个压缩容积。因此，所述压气式断路器包括具有几个活塞的压气缸，该活塞附接到包括形成第一接触件的中空销的共用活塞杆，从而形成多个压气容积。当压气容积被挤压时，允许被困其中的气体经由端口逸出到管状活塞杆的内部，直到销尖端，在那里它们与电弧接触。

存在切换的情况，其中，不仅可移动的第一接触件相对于第二接触件的行进速度是决定性的，而且使第一接触件加速到最大行进速度的时间也变得重要。第一和第二类型的代表具有共同点，即它们对掌控任务的针对性有限。

发明内容

因此，本发明要解决的目标是提供一种压气式断路器，其第一接触件可比已知的压气式断路器更快地加速。

上述目标通过根据权利要求1所述的气体绝缘高电压压气式断路器得以解决，与已知的压气式断路器相比，所述压气式断路器的可移动部件的惯性降低。

已经发现，实现压气式断路器的可移动部件的最低惯性对不依赖于实际驱动器的更高的加速度和减速度值贡献最大。换句话说，例如，通过例如弹簧操作的驱动器或采用电磁斥力(洛伦兹力原理)的驱动器等诸多种类的驱动器可以实现更高的加速度值。因此，本发明提供了一种解决方案，与已知专用于额定可比功率的断路器相比，用于加速断开过程，而不牺牲断开能力，所述断开过程从跳闸到通过压气式断路器的驱动器而使第一可移动接触件运动或移动的时刻。

在本申请中，术语“高电压”被理解为根据至少1000伏特(1kV)的DIN VDE的操作电压或额定电压。

气体绝缘高电压压气式断路器的基本实施例包括：

a)具有活塞的压气单元，所述活塞被可移动地设置在压气缸中，从而限定压气容积，

b)第一接触件，其相对于断路器的第二接触件可移动地设置，使得在所述第一接触件的第一位置中建立电流路径，并且一旦所述第一接触件移动到所述第一接触件的第二位置，则所述电流路径在电弧区域中断开，其中所述第一接触件通过活塞杆连接到驱动器，

c)喷嘴，其用于横向地、即(相对于所述转换轴线)环形地限定所述压气式断路器的所述电弧区域。

所述压气容积通过气体通道与喷嘴流体连接。必要时，下文使用的广义术语“喷嘴”实际上被理解为可包括多于一个喷嘴的喷嘴系统。活塞和第一接触件被附接到活塞杆。压气容积包括气体通道以及压气缸的一部分。气体通道和所述缸部分通过端口彼此流体连接，使得一旦第一接触件从第一位置朝向第二位置移动，在第一方向上从压气缸的所述部分流动的气体经由气体通道在第二方向上朝向喷嘴重新定向。换句话说，如果第一接触件处于其第一位置，则压气式断路器闭合；如果第一接触件处于其第二位置，则压气式断路器完全打开。术语端口不应被理解为其必须为一个单孔。相反，在功能上它应当理解为，其将压气缸的所述部分内的压气容积与气体通道中的闭死容积流体连接，这可通过形成这种流体连接的多个端口实现。

此外，气体通道被设置在压气缸的径向外部，位于限定所述压气缸的压气缸壁和所述压气单元的壁结构之间。最可能的是，所述壁结构为断路器单元的中间结构，而不是其金属的包覆外壳结构。

因此，压气室被压气缸壁分成以下两个子区域：

·压气缸的一部分，即在活塞的运动方向上延伸并由可移动活塞和压气缸的固定壁限定的容积，以及

·气体通道。

在已知的压气式断路器中，压气容积还包括压气缸室和通向喷嘴的横截面较小的气体通道。

气体通道中的容积也被称为闭死容积。所述闭死容积优选路小于压气缸的最大部分。闭死容积的大小必须满足两个条件：

·首先，气体通道的尺寸不能太大以至于导致在喷嘴处没有明显的气体压力；

·第二，气体通道的尺寸不能太小，即间隙不应选择得太窄，这是由于必须避免在气体通道内形成接近声速的气体速度的最大气压，因为只需要在喷嘴处满足这些要求。尺寸太小的气体通道将导致气体通道内的压力损失，从而导致喷嘴处的压力不足，并因此导致延迟的电弧熄灭(如果有的话)。

气体通道中的闭死容积的大小与压气缸的最大部分的可能比例例如为大约1∶10。

与闭死容积位于压气缸内的传统的压气式断路器相比，将闭死容积重新定位到压气缸外部的一个位置允许当前的压气式断路器具有更高的设计自由度。这是因为闭死容积的横截面、进而必然的其在转换轴线方向上的长度不再由压气缸的内部的横截面决定。

此外，在压气缸外部提供气体允许采用活塞杆和活塞的基本设计，这又有利于经济的可制造性。

在最基本的实施例中，当在转换轴线方向上观察时，活塞杆可具有圆形横截面。然而，其它横截面形状也是可能的。

第一接触件、例如销的最小横截面由通过第一和第二接触件的断开路径中的电流密度给出。因此，闭死容积与压气缸的几何解耦允许销形，从而允许最基本的活塞杆/第一接触件设计，因为后者不被用作例如由FR2352386B1所教导的气体通道部分。因此，将本发明的活塞杆/第一接触件设计为最小直径，并因此将横截面最小化成为可能。显然，因为活塞杆的壁厚不能低于由机械要求所定义的给定阈值，本发明的这种活塞杆/第一接触件的惯性将低于例如根据FR2352386B1所述的活塞杆/第一接触件的惯性。更详细地说，根据FR2352386B1的实施例的活塞杆/第一接触件的外径不仅取决于在活塞杆/第一接触件内部、以实现足够的压力和气体流量所需的气体通道的横截面，而且还取决于鉴于刚度和稳定性而满足机械最小标准所需的中空活塞杆/第一接触件的最小壁厚，因为横截面必须能够以可靠和耐用的方式承受在中空活塞杆/第一接触件上活塞的机械冲击。由此，根据FR2352386B1的实施例的活塞杆/第一接触件的惯性总是大于根据本发明的活塞杆/第一接触件的惯性。

此外，与例如由FR2352386B1所提出的空心接触件相比，根据本发明的那些包含具有最基本横截面的销形活塞杆/第一接触件由于吹入气体的流速不再由活塞杆的尺寸和横截面决定和限制，因此是有利的。

根据压气式断路器的实施例，气体通道可至少部分地集成在压气式断路器的腔室壳体中。

本发明的第一个优点在于：与现有所使用的相同类型的驱动器相比，可以利用较弱的驱动器实现相同的断开性能。术语“弱驱动器”被理解为相同类型的驱动器，但是在涉及动能方面具有较低的性能。采用弱驱动器而不是更强大的驱动器是有利的，因为较弱的驱动器明显更为便宜，因此驱动器的整体成本份额将具有相对于断路器单元的整体成本的更低份额。

第二个优点在于：可减少断开时间和电弧时间。对于AC以及DC应用来说，减少的断开时间和电弧时间是有利的。在AC应用中期望较短的电弧时间，这是因为与由已知的断路器和相同的额定值进行的已知断开相比，电弧所引起的破坏量较小。

对于HVDC系统，减少断开时间特别重要，HVDC系统的断开过程需要在几毫秒内完成，即，对于相同的电压水平，比普通AC压气式断路器相比较快，速度为其大约5-40倍。在下文中，术语HVDC被理解为具有至少40kV、特别是大于80kV的电压(例如320kV)的直流电。

当追求最低惯性时，由驱动器移动的部件的数量和质量必须尽可能地降低。因此，有利的是，第一接触件和活塞杆被可移动地设置成沿转换轴线移动。这与诸多现有技术的压气式断路器相反，现有技术例如为FR2733086A1，其活塞杆被固定地附接到压气缸而活塞保持静止。

在提供特定低惯性的实施例中，第一可移动接触件通过拉杆刚性连接到电磁斥力驱动器的活塞，所述电磁斥力驱动器例如为汤姆森线圈驱动器。这样，不需要额外的驱动齿轮，这些齿轮增加惯性并产生阻碍快速加速的摩擦。如果活塞杆和拉杆以及电磁斥力驱动器的活塞沿转换轴线设置，则可实现特别精简的驱动链。

如果压气缸的所述部分被设置在中心，即关于所述转换轴线旋转对称，其中压气缸所述部分中的压气室容积通过活塞杆相对于所述转换轴线径向向内界定，则可实现紧凑的压气驱动。

如果气体通道被设置在压气缸壁和压气单元的壁结构之间，从而形成环形径向间隙，则可实现压气单元在线性转换轴线方向上的整体长度较短。

这种设置的优点还在于，考虑到活塞的冲程长度以及由此选择为活塞杆提供动力的实际驱动器类型选择，其允许最大的设计自由度。根据活塞的冲程长度，可以选择活塞的直径从而实现预定的压气容积。

通过将气体通道相对于断开区域保持静止，由活塞和活塞杆形成的压气单元的可移动部分无需被用作气体引导结构。这样，它们可保持基本的、即尽可能简单的几何形状，这对于低惯性也是有利的。

如果喷嘴中的压气最大，则可以实现最大的断开值。这需要在气体喷嘴处的最大气体压力，如果在气体通道排放到喷嘴的端部处，压气式断路器的环形径向间隙的总横截面最小，则可实现该最大气体压力。换句话说，在压气缸的部分和包括端口的气体通道之间的气体通道的最小横截面位于通向喷嘴的气体通道出口处。因此，在通向喷嘴的气体通道出口处的横截面优选小于端口的整体横截面。

将压缩气体从压气容积径向引导到电弧区域允许在一个以上的轴向断开区域中断开电弧，所述一个以上的轴向断开区域例如为在轴向断开点处的两个轴向断开区域。这样，这种实施例中电弧的断开将明显高于例如FR2352386B1中所公开的压气式断路器的电弧断开。

即使是在压气单元在线性转换轴线方向上的整体长度较短的情况下，如果所述端口被设置在所述压气容积的远离所述断开区域的第一端，也可实现由所述气体通道形成的闭死容积的合理的设计自由度。通过将端口设置在压气缸的相对于电弧区域的远端处，由于闭死容积不再设置在如已知的现有技术装置中的活塞前端的前面，因此可以选择气体通道内的气体的闭死容积，而不影响压气单元的整体长度。

如果需要，端口可被设置在压气缸相对于电弧区域的远端处的固定头壁部分处。

如果需要在线性转换轴线方向上的整体长度较短，则端口可被设置在相对于转换轴线围绕压气缸的一部分周向延伸的压气缸壁中。换句话说，端口或多个端口相对于转换轴线径向向外延伸。

如果端口包括从压气缸的一部分通向气体通道的多个气体出口，则在气体通道中可实现均匀的气体分布值。如有可能，在气缸的内壁处设置多个沿圆周方向均匀分布的气体出口是有利的。如果排出到喷嘴中的气体通道的端部是环形的，则均匀的气体分布值是特别有利的。

当从转换轴线的方向上看去时，压气缸的另一容积相对于压气缸的所述部分位于活塞的相对侧上。有利的是，将所述另一容积通过至少一个排气口与设置在压气单元的壁结构外部的排气容积流体连接。在气体通道为环形横截面的情况下，所述至少一个排气口局部穿透所述气体通道，从而允许气体通道中的气体围绕所述至少一个排气口流动或通过所述至少一个排气口流动。根据实施例，能够有利的是，相对于转换轴线在靠近电弧区域的压气缸端部处(即，压气缸远端的相反处)设置多个在圆周方向上均匀分布的排气口，例如筒状的排气口。

如果活塞从压气缸近端处的位置移动到远端处的位置、如果第一接触件从其第一位置移动到其第二位置，所述至少一个排气口则防止形成吸力。因此，在运动加速阶段，活塞在气缸中的运动不受在活塞杆运动开始时的气体负压的阻碍。

此外，选择至少一个排气口的横截面，从而使得在将第一接触件从第二位置移回到其第一位置时，活塞运动基本上不受在活塞后侧处的另一容积中压气缸内形成的气垫的妨碍。

此外，所述至少一个排气口形成用于排出在断开过程中的电弧期间产生的热气体的路径，从而确保气体喷嘴中适合的气流状况。

如果相对于压气缸的所述部分确定活塞杆的尺寸，使得在所述活塞和所述压气缸的内壁之间不需要实体径向密封元件，则可进一步增大活塞杆的自由运动程度。与已知的通过密封垫圈密封将活塞壳体表面抵靠在气缸壁上的压气式断路器相比，在快速加速活塞的情况下，由于在活塞壳体表面和压气缸内壁之间仅允许最小的机械间隙，因此可实现足够程度的气体密封。这样，在运动加速阶段活塞杆运动开始时，没有由密封引起的摩擦阻碍活塞在压气缸中的运动。

由于在压气缸壁靠近或邻近端口的内侧上设置环形槽，使得压气缸的内侧直径大于所述活塞的外径，因此如果与已知的压气式断路器相比，活塞在压气缸中的返回冲程应被阻止或减小到最小程度，可进一步改进所述压气式断路器。在压气式断路器工作状态下，当第一接触件接近第二位置时，所述环形槽开始于活塞尾端所达到的轴向位置附近。换句话说，当第一接触件接近第二位置时，环形槽大约开始于在压气活塞的尾端到达的轴向位置处。在这一时刻，电弧区域的电弧断开过程结束，并且在断开过程的那一时刻不再要求在喷嘴处具有最大气体压力。

因为活塞在相反方向的运动不可避免地使第一接触件更靠近固定的第二接触件，因此加速度越大活塞的返回冲程越大，这可能成为问题。这是不希望的，因为引入了必须避免的电弧，危及电流断开的成功。

环形槽在转换轴线方向上延伸的距离大于压气缸活塞的厚度(在内部侧)。确定环形槽的尺寸，使得当第一接触件接近第二位置时，允许压气缸的所述部分中的气体经由所述环形槽沿逃逸路径逃逸到活塞的后侧排出。

这样，在压气式断路器工作状态下，由于在活塞这一位置处逃逸路径中的总气体阻力小于气体通道中的总气体阻力，因此允许释放被困在压气缸的压力容积部分中的气体的能量。

如果第一接触件、具有活塞的活塞杆和实际驱动器之间的整个驱动链具有低的惯性，则其特别适合由采用洛伦兹力原理的驱动器提供动力，因为这种驱动理念能够实现高的加速度值。假设驱动链在转换轴线方向上具有足够刚性，则可以通过驱动器产生电磁斥力来移动活塞杆。这种电磁斥力驱动器(例如汤姆森线圈)的主要优点在于：与已知的例如弹簧驱动的驱动器相比，其提供了快速的能量释放，因此有助于实现最大的加速度值。如前所述，快的加速度值使断开时间最短，这在HVDC应用和AC应用中都是有利的。

采用电磁斥力驱动器的另一个优点在于：可不依赖于气体流量和驱动器而确定冲程长度的尺寸。

选择满的或最大冲程距离以满足介电要求，即承受电压的能力。如果需要，它还提供足够的空间用于设置双喷嘴装置。

当采用电磁斥力驱动器(例如汤姆森线圈驱动器)时，电磁力仅在比较短的距离(例如仅10mm)内作用在驱动器的移动部件上。当汤姆森线圈驱动器的活塞在加速阶段期间行进过所述短的距离之后，其已经达到高的速度，以致于由于可移动部件的质量已经运动，使活塞可沿转换轴线行进更远的距离。所述更远的距离可根据设计要求而变化。

根据设计要求，活塞和第一接触件中的至少一个被至少部分地集成到活塞杆中。因此，活塞和活塞杆可形成单个主体，或者单独制造并在之后进行连接。唯一重要的是，在活塞杆也形成为转换轴线的方向上活塞相对于活塞杆被固定。

如果压气单元、驱动器和拉杆设置在共同的气密外壳中，则没有实体密封元件(垫圈)阻碍拉杆，并且有助于进一步实现最高加速度值的驱动链的自由运动。换句话说，这种解决方案仅需要驱动器所需的最小量的能量来移动活塞杆。

上述有利的压气式断路器可与真空断开器电串联连接形成断路器单元。由于真空断开器可以在断开过程的初始阶段接管断路器单元上的电压降，直到断开过程的后续阶段压气式断路器准备好接管断路器单元上的电压降，因此这种单元尤其适合于断开高电压直流电。所述后续阶段将在第一接触件接近其第二位置时开始，从而使得在压气式断路器的第一接触件和第二接触件之间实现足够且可靠的绝缘距离。

根据要求，压气式断路器的第一接触件和第二接触件除了额定电流接触系统之外，还可设置在断开电流路径中。可替代地，如果需要，压气式断路器的第一接触件和/或第二接触件可集成到额定接触路径中。

如果需要，压气式断路器和真空断开器的可移动接触件可在时间上或以时间延迟彼此独立地运动，将额外的驱动器专用于真空断开器可能有利的。如果需要，所述额外的驱动器也可产生电磁斥力，将真空断开器的可移动接触件从闭合位置移动到打开位置。

如果不需要时间延迟来加速压气式断路器的第一接触件和真空断开器的可移动接触件，则真空断开器和压气式断路器则可共用一个驱动器。这样，真空断开器的可移动接触件可通过同一驱动器与压气式断路器的第一接触件同时被移动。

高电压压气式断路器和断路器单元的所有上述实施例可用于在高电压DC系统中断开电流。所述HVDC系统可由点对点HVDC链路、包括至少三个站(其中一个站被设置用于分接HVDC电流)的多端HVDC系统、或者包括多个功率发送器和接收器的所谓HVDC电网构成。

附图说明

参照附图进行说明，附图中示意性地示出了：

图1是通过压气式断路器的第一实施例的示意性纵向截面，其中第一接触件处于其第一位置；

图2是通过图1的压气式断路器的第一实施例的示意性纵向截面，其中第一接触件处于第一位置和第二位置之间的中间位置；

图3是通过图1的压气式断路器的第一实施例的示意性纵向截面，其中第一接触件刚刚到达其第二位置；

图4是通过类似于图2的压气式断路器的第二实施例的示意性纵向截面，其中第一接触件处于所述第一位置和第二位置之间的相同的中间位置；

图5是通过图4的压气式断路器的第二实施例的示意性纵向截面，其中第一接触件刚刚到达其第二位置；

图6示出了借助于电磁斥力经由拉杆驱动活塞单元的驱动器的实施例。

在附图中，相同的部件、电流和电压由相同的附图标记表示。

具体实施方式

在图1中，压气式断路器1的第一实施例，其中第一接触件2处于其第一位置。所述气体绝缘高电压压气式断路器1具有带有活塞4的压气单元3，活塞4可移动地设置在压气缸5中，使得压气容积6被限定。第一接触件2相对于郁金香形的第二接触件7可移动地设置，从而建立电流路径。由于第二接触件7的电力连接是本领域技术人员已知的，因此在图1和后面没有示出。第一接触件2通过活塞杆9和拉杆10连接到驱动器8，从而沿转换轴线11形成无齿轮和刚性的机械链。

压气单元3包括喷嘴12，其围绕转换轴线11延伸，用于横向限定压气式断路器1的电弧区域13。

压气容积6通过气体通道14与喷嘴12和电弧区域13流体连接。当沿转换轴线11的方向看去时，所述气体通道具有环形横截面。

活塞4和第一接触件2附接到活塞杆9。压气容积6包括气体通道14以及压气缸5的一部分15的容积，其中气体通道14和所述缸部分15通过端口16彼此流体连接，使得一旦第一接触件2从第一位置朝向第二位置移动，在第一方向上从压气缸的一部分15流动的气体经由气体通道14在第二方向上朝向喷嘴12重新定向。

端口16设置在压气容积或压气缸相对于断开区域/电弧区域13的远离的第一端20处。端口16包括从压气缸5的部分15通向气体通道14的多个气体出口。

气体通道14设置在压气缸5的径向外部，在限定压气缸的圆柱形压气缸壁17和压气单元3的壁结构18之间。压气缸壁17是压气式断路器的结构元件，并不与后面将更详细地说明的压气缸壁17的内表面混淆。

在图1和后续附图中，压气单元3、驱动器8和拉杆10以非常简化的方式设置在公共气密外壳19中。

图2示出了图1的压气式断路器1，但是第一接触件2处于第一位置和第二位置之间的中间位置。与图1相比，在图2中，具有第一接触件2和活塞4的活塞杆9被进一步向左拉动。在该中间位置，通向喷嘴的气体通道出口处的气体压力是最大的，并且在第一接触件2和第二接触件7的尖端之间延伸的电弧23将被从气体通道14进入电弧区域13的气流24熄灭。当排放到喷嘴12中时，气体通道具有环形形状。所述气流24由压气活塞4的运动产生，压气活塞4通过气体通道14将气体挤出压气缸5的部分15。在电弧区域中，气流24形成由突出点表示的停滞点25和在分别由十字标记表示的轴向断开点26、27处的两个径向断开区域。气体通道14中和气缸5的部分15中的气体运动由虚线箭头表示。

从图2可以看出，喷嘴12中出现的一部分气流24部分地被引导朝向排气29，部分地被引导朝向压气缸5的另一容积28。所述另一容积28相对于压气容积5的部分15位于活塞4的相对侧，并通过至少一个排气口30与设置在压气单元3的壁结构18外部的排气29流体连接。在该实施例中，至少一个排气口30包括多个类似套筒的排气口，所述排气口相对于转换轴线11在气缸5靠近电弧区域13的相对端31处沿圆周方向均匀分布。由于气体可根据需要自由移动通过排气口30，排气口30处气流的方向由双箭头表示。

在图3中，与活塞停止之前的2相比，具有第一接触件2和活塞4的活塞杆9再次被拉到更左侧。在这一阶段，第一接触件2刚刚到达其第二位置。电弧断开过程已经在第一接触件2的中间位置完成，如图2所示。图3公开了闭死容积由压气缸15的部分5的圆盘形剩余部分和气体通道14组成。

尽管在压气容积6相对于另一容积28快速加速期间，即使在不提供常规密封垫圈的情况下，活塞4的外壳表面和压气缸15的内侧34之间的最小游隙能够提供充分的密封功能，但是在活塞4运动最后阶段形成的气垫可能导致活塞4朝向图1所示的其初始位置一定量的返回运动，这种返回运动是不期望的。因为活塞向右移动不可避免地使第一接触件2更靠近固定的第二接触件7，加速度越大活塞4的返回冲程越大，这成为一个问题。由于其引入了必须避免的再次电弧，因此是不期望的。因此，以下解释用于防止活塞的返回行进的良好实施例。

以下参照图4和图5描述压气式断路器100的第二实施例。由于压气式断路器100的第二实施例类似于前述的压气式断路器1的第一实施例，因此，相同或功能相同的元件具有与图1至图3中相同的附图标记。以下着重说明与压气式断路器1的第一实施例相比，压气式断路器100的第二实施例的不同之处。

第二实施例100的区别在于：压气单元3在第一端20的形状，特别是靠近端口16的压气缸5的内侧34的形状，仍包括从压气缸5的部分15通向气体通道14的多个气体出口。环形槽35(也称为“径向加宽部)设置在靠近端口16的压气缸壁17的内侧34上，使得压气缸5的局部加宽的内侧34的直径36大于活塞4的外径。所述环形槽35大约开始于在压气式断路器的工作状态下电流断开瞬间活塞的尾端所达到的轴向位置处。换句话说，环形槽大约开始于在第一接触件2接近第二位置时压气活塞4的尾端37所到达的轴向位置处。在该时刻，电弧区域中的电弧断开过程结束，并且在断开过程的那一时刻不再需要在喷嘴处具有最大气体压力。因此，图4在功能上完全对应于参照图2所解释的断开过程的情况。图5中的在活塞杆9上的位置、第一接触件2和活塞4与图3中所示出和所描述的完全相同。

环形槽35在转换轴线11的方向上延伸经过距离38，距离38大于靠近压气缸5的内侧34的活塞4的厚度39。确定环形槽35的尺寸使得当第一接触件接近第二位置时，来自压气缸6的部分5的气体在压气活塞4的前端40处能够经由所述环形槽35沿环形逃逸路径41逃逸到排气29，到达尾端37，即活塞4的侧边。这样，由于逃逸路径41中的总气体阻力被设计成小于在压气式断路器100的工作状态下在活塞4该位置处气体通道14中的总气体阻力，因此可容易地释放被困在闭死容积6中的气体的能量。因此，由于由环形槽35形成的额外的流出横截面，可更快地释放整个闭死容积6中的压力。

因此，压气缸中活塞的返回冲程可被阻止或降低至最小程度，从而能够避免再次出现电弧的风险。

与第一实施例1相比，第二实施例100的压气单元3的壁结构18的直径已被加宽，以确保气体通道14的最小横截面仍然在喷嘴12处，而不在由于气缸壁17的径向向外凸出造成的收缩处。

图6示出了驱动器8的实施例，通过由驱动器8产生的电磁斥力经由拉杆10驱动压气单元3的活塞单元。图6示出了拉杆10的一部分以及图1-5中所示的驱动器的示意特写。在所述图1-5中，拉杆10根据它们相对于转换轴线的位置被拉成具有不同的长度。由于本申请的实施例的驱动链是线性且刚性的，所以拉杆的长度将不改变并且保持恒定。因此，应当谅解图1-5中的简化。

图6示出了通过也被称为汤姆森线圈驱动器的电磁斥力驱动器8的纵向截面。所述驱动器8具有活塞室45，活塞室45具有驱动活塞46，驱动活塞46被示出为处于与第一接触件在其第一位置的位置对应的位置。驱动活塞46连接到拉杆10。

电磁斥力驱动器8具有第一驱动线圈47和第二驱动线圈48。一旦第一驱动线圈47被致动，驱动活塞46被非常快速地加速并向左移动，促使压气单元3的第一接触件2离开其第一位置并移动到其第二位置。双稳悬架或类似物(图6中未示出)可辅助驱动活塞46仅保持在两个预定静态位置。

第二驱动线圈48被致动以使驱动活塞46移动，从而使第一接触件2返回到其初始第一位置。图6中示出了驱动活塞46处于初始第一活塞处，而在其第二位置的轮廓由接近第二驱动线圈的虚线表示。

附图标记列表：

1、100 压气式断路器

2 第一接触件

3 压气式单元

4 活塞

5 压气缸

6 压气容积

7 第二接触件

8 驱动器

9 活塞杆

10 拉杆

11 转换轴线

12 气体喷嘴

13 电弧区域

14 气体通道

15 压气缸的部分

16 端口

17 气缸壁

18 壁结构

19 气密外壳

20 压气容积/压气缸的第一端

23 电弧

24 气流

25 停滞点

26 轴向断开点

27 轴向断开点

28 另一容积

29 排气

30 排气口

31 压气缸的相对端

34 压气缸壁17的内壁侧

35 环形槽

36 槽35处的内壁的直径

37 压气活塞的尾端(断开时)

38 距离

39 活塞厚度

40 压气活塞的前端(断开时)

41 逃逸路径

45 活塞室

46 驱动活塞

47 第一驱动线圈

48 第二驱动线圈。

Claims (20)

1.一种气体绝缘的高电压压气式断路器(1、100)，包括：

具有活塞(4)的压气单元(3)，所述活塞可移动地设置在压气缸(5)中，从而限制压气容积(6)，

第一接触件(2)，相对于所述断路器(1、100)的第二接触件(7)可移动地设置，使得在所述第一接触件的第一位置建立电流路径，并且一旦所述第一接触件(2)移动到所述第一接触件(2)的第二位置，则在电弧区域(13)中断开所述电流路径，其中所述第一接触件(2)通过活塞杆(9)连接到驱动器(8)，以及

喷嘴(12)，用于在周向上限定所述压气式断路器(1、100)的所述电弧区域(13)，

其中，所述压气容积(6)通过气体通道(14)流体连接到所述喷嘴(12)，

其特征在于：

所述活塞(4)和所述第一接触件(2)附接到所述活塞杆(9)，

并且其中所述压气容积(6)包括所述气体通道(14)以及所述压气缸(5)的一部分(15)，其中所述气体通道(14)和所述缸部分(15)通过端口(16)彼此流体连接，使得一旦所述第一接触件(2)从所述第一位置朝向所述第二位置移动，则从所述压气缸(5)的所述部分(15)在第一方向上流动的气体被经由所述气体通道(14)在第二方向上朝向所述喷嘴(12)重新定向，

并且其中，所述气体通道(14)设置在所述压气缸(5)的径向外侧，位于限定所述压气缸(5)的压气缸壁(17)和所述压气单元(3)的壁结构(18)之间。

2.根据权利要求1所述的高电压压气式断路器，其特征在于：所述第一接触件(2)和所述活塞杆(9)可移动地设置，使得它们可沿转换轴线(11)，特别是沿着线性转换轴线(11)移动。

3.根据权利要求1或2所述的高电压压气式断路器，其特征在于：所述压气缸(5)的所述部分(15)相对于所述转换轴线(11)旋转对称地设置，

其中，所述压气缸(5)的所述部分(15)中的所述压气容积(6)由所述活塞杆(9)相对于所述转换轴线(11)径向向内界定。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的高电压压气式断路器，其特征在于：所述气体通道(14)设置在所述压气缸壁(17)和所述压气单元(3)的所述壁结构(18)之间，从而形成环形径向间隙。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的高电压压气式断路器，其特征在于：所述气体通道(14)相对于所述电弧区域(13)静止。

6.根据权利要求4所述的高电压压气式断路器，其特征在于：所述环形径向间隙的总横截面在所述气体通道(14)排出到所述喷嘴(12)的端部处最小。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的高电压压气式断路器，其特征在于：所述端口(16)被设置在所述压气缸(5)的相对于所述电弧区域(13)远离的第一端(20)。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的高电压压气式断路器，其特征在于：所述端口(16)被设置在相对于所述转换轴线(11)围绕所述压气缸(5)的所述部分(15)在周向上延伸的所述压气缸壁(17)中。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的高电压压气式断路器，其特征在于：所述端口(16)包括从所述压气缸(5)的所述部分(15)通向所述气体通道(14)的多个气体出口。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的高电压压气式断路器，其特征在于：所述压气缸(5)的另一容积(28)相对于所述压气缸(5)的所述部分(15)设置在所述活塞(4)的相对侧，并通过至少一个排气口(30)与布置在所述压气单元(3)的所述壁结构(18)外部的排气(29)流体连接。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的高电压压气式断路器，其特征在于：所述活塞(4)相对于所述压气缸(5)的所述部分(15)确定尺寸，使得在所述活塞(4)和所述压气缸壁(17)的内侧(34)之间不需要实体径向密封元件。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的高电压压气式断路器，其特征在于：环形槽(35)设置在所述压气缸壁(17)邻近所述端口(16)的内侧(34)，使得所述压气缸的内侧(34)的直径(36)大于所述活塞(4)的外径，其中所述环形槽(35)大约开始于在所述压气式断路器(1、100)的工作状态下当所述第一接触件(2)接近所述第二位置时、活塞(4)的尾端所达到的轴向位置处，并且其中所述环形槽(35)在所述转换轴线(11)的方向上延伸距离(38)，所述距离(38)大于所述活塞(4)在所述压气缸(5)的所述内壁(34)处的厚度(39)，

并且其中，确定所述环形槽(35)的尺寸，使得当所述第一接触件(2)接近所述第二位置时，允许来自所述压气缸(5)的所述部分(15)的气体经由所述环形槽(35)逃逸到排气(29)、沿逃逸路径(41)逃逸到所述活塞(4)的后侧。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的高电压压气式断路器，其特征在于：通过汤姆森线圈驱动器(8)能够产生用于移动所述活塞杆(9)的电磁斥力。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的高电压压气式断路器，其特征在于：所述活塞(4)和所述第一接触件(2)中的至少一个被至少部分地集成到所述活塞杆(9)中。

15.根据权利要求1至14中的任一项所述的高电压压气式断路器，其特征在于：所述压气单元(3)被设置在气密外壳(19)中，

并且所述驱动器(8)通过拉杆(10)连接到所述活塞杆(9)，其中，所述驱动器(8)和所述拉杆(10)位于与所述压气单元(3)相同的气密外壳(19)中。

16.一种断路器单元，包括真空断开器，所述真空断开器与根据前述权利要求中的任一项所述的高电压压气式断路器串联电连接。

17.根据权利要求16所述的断路器单元，其特征在于：所述真空断开器包括另一驱动器，其中，通过所述另一驱动器能够产生另一电磁斥力，用于移动所述真空断开器的可移动接触件。

18.根据权利要求16所述的断路器单元，其特征在于：所述真空断开器的可移动接触件能够通过与所述压气式断路器(1、100)的所述第一接触件(2)相同的驱动器移动。

19.根据权利要求1至15中的任一项所述的高电压压气式断路器或根据权利要求16至18中的任一项所述的断路器单元的用途，用于断开高电压DC系统中的电流。

20.一种HVDC系统，其特征在于，具有根据权利要求16至18中的任一项所述的断路器单元。