CN1128892A - 压力气体开关 - Google Patents

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Abstract

压力气体开关包括两个可运动的开关件(1，2)，它们在一个充满绝缘气体的腔中沿轴线(3)可作相反方向地导行。这些开关件分别具有一个烧损接触件(8，9)和一个额定电流接触件(6，7)。在一个由驱动装置在接于驱动的开关件(1)上固定一个绝缘喷嘴(10)，通过它的收缩位置(11)在断开过程中压力气体从一个与开关行程无关的压力腔(12)和/或一个开关件操纵的压缩腔(19)中导入一个排气空间(14)中。从直接驱动的开关件(1)，通过一个绝缘件和一个速度转换器，将驱动力传导到一个承受力的开关件(2)上。

Description

压力气体开关
本发明基于权利要求1前序部分记载的压力气体开关。这种压力气体开关最好用作高压电力网中的功率开关。
同时，本发明参考了现有技术例如赫·陶达的报告"550KV 1-break GCB之发展(部分II)"以及IEEE92 SM578-5PWRD的"原型发展"。在此现有技术中，描述了一种压力气体开关，其具有两个在一个充满绝缘气体的腔中可运动安置的开关件和具有一个在断开过程中产生灭弧气体的活塞缸压缩装置。在这种开关中，该驱动能被第一个开关件通过一个作为速度转换器起作用的杠杆机械和一个绝缘杆传递到第二个开关件上。在断开过程中，开关件以相反的方向运动。依此，实现一个高的接触件分离速度。对于这种相应确定的和具有相同的接触件分离速度的压力气体开关，即仅仅一个开关件是运动的，则驱动能量是可以节省的。但是该杠杆机械和绝缘杆却使得腔室相对于开关件运动方向的横向直径明显加大。
在US4973806中描述了一种带有开关腔的压力气体开关，其中，在通过一个力传递装置的开关过程中，驱动能从一个可运动的开关件通过一个绝缘喷咀传递到一个固定开关件的可运动的烧损接触件上。这种压力气体开关在保持不变的和由运动开关件和绝缘喷咀确定的灭弧结构和较小的驱动能情况下，表现出一个高的烧损接触件分离速度，因此，在断开过程中，在最短时间内并在烧损接触件之间形成一个大的绝缘间距。
本发明如由权利要求1确定的那样，其任务在于，改进开头所述类型的压力气体开关，在保持一个高的接触件分离速度的情况下，可减小必需的驱动能以及减小充满绝缘气体的腔室直径。
本发明压力气体开关的特征在于：它仅仅需要较少的驱动能和较小的驱动力。就可以在断开过程中在两个开关件之间形成一个可加高负荷的绝缘间距。这一点首先是在承力开关件上适当配置速度转换器的结果。然后该绝缘间距可以通过适当控制功能性主要构件如烧损接触件和额定电流接触件以及屏蔽结构或承力开关件的屏蔽结构就可以特别迅速地并用一个相当小的驱动力实现。此外，该充满绝缘气体的腔室在开关件运动方向的横向上也具有一个较小的直径。由此本发明压力开关可以设置成特别省空间和紧凑的结构并还表现出相对较低的生产成本。
本发明优选的实施例和由此实现的另外优点，下面借助附图详细描述。此处图1至4分别表示一个通过接触件配置结构的轴向剖视图，其分别描述了本发明压力气体开关之四个实施方案之一，同时，在每个附图的左边部分中，该压力气体开关为接通位置和在每个附图的右边部分为刚好在断开位置。
在所有附图中相同的编号表示相同的构件。在图1中描述了一个压力气体开关的接触装置之两个开关件1，2。这些开关件安置在一个未示出的并用绝缘气体填充且具有绝缘材料制成的圆筒形壁的压力气体开关之开关腔中并且沿纵轴线3可以使其相互接合或分开。两个开关件基本上为旋转对称的结构和分别与一个电流输送装置4、5为电连接。两个开关件1及2分别具有一个额定电流接触件6及7和一个烧损接触件8及9。
该开关件1可以被一个未示出并大致在烧损接触件8上作用的驱动装置沿轴线3移动，并具有一个同轴线位于额定电流接触件6和烧损接触件8之间安置的绝缘喷咀10，它带有喷咀收缩位置11，该开关件1还具有一个为储存压力气体设置的、环形的压力腔12，它通过一个位于烧损接触件8和绝缘喷咀10的内壁之间的环通道13和喷咀收缩位置11可与排气空间14相连接。该压力腔12被一个径向往外延伸的和在接触件8上固定的底部15，接触件8和一个在底部15上安装的并且带有向上锥形收缩部分的空心圆筒16所构成。该空心圆筒16由电导体材料制成。它的外表面与一个作为开关件1之固定屏蔽17起作用的电流输入结构4之空圆筒形部分为导电接触。该底部最好同样由导电材料构成，以便确保在电流输入结构4之屏蔽17和接触件8之间的导电连接。但是在必要情况下这种连接可以省去。然后该额定电流接触件6通过星形安置的并通过环通道13导入的导电部分固定在烧损接触件8上是有优点的。在额定电流接触件6上，该绝缘喷嘴以其一端部如此固定，即该喷咀10的固定位置被额定电流接触件6同轴线地包围着。这样该额定电流接触件6就用作屏蔽和削弱了在绝缘喷咀10之固定位置上的电场效应。
在压力腔12的底部15中，安置一个单向阀18，它能使一个气体流从一与活塞缸压缩装置的压缩腔19引入压力腔1中并防止反向流动。该压缩腔19由气密封导电的在屏蔽件17中导行的底部15，该屏蔽件17，在屏蔽件17中固定的支承有压力控制装置20的筒底部和气密封导电的通过筒底部导行的烧损接触件8所构成。
该烧损接触件8最好设置成喷咀的结构，和在其自由端部置有一个由抗烧损的接触材料制成的喷咀口。其中，在接通位置(左边部分图1)，插入该制成杆状的开关件2之烧损接触件9以形成一个磨擦连接的接触搭叠。在其由驱动装置施加作用的另外端部上，该烧损接触件8具有排出口，它将其内部与排气空间14相连通。
该绝缘喷咀10在其对着开关件2的端部置有一个同轴线包围着该绝缘喷咀10的屏蔽结构21。这个屏蔽结构削弱了在绝缘喷咀10的绝缘和机械的高负荷端部(区域)的电场效应。该屏蔽结构21支承两个与轴线3平行安置的元件齿杆22，该元件用于将一个由驱动装置产生的并通过开关件1导至绝缘喷咀10中的力传递给开关件2。该齿杆22是一个具有两个可围绕固定轴线转动安置的齿轮23的齿杆传动装置的构件，其中，每个齿轮一方面与两个齿杆22之一相相啮合，另一方面和一个设有双齿的齿杆24相啮合，该齿杆24与轴线3平行安并在烧损接触件9中进入同步运行或者一个和接触件9为力闭合连接的构件进入和接触件9同步运行。
由驱动装置通过开关件1，绝缘喷咀10和设置成齿杆传动装置的传递元件传递到烧损接触件9上的作用力，通过一个作为另一传递元件起作用的电流导体25传递到额定电流接触件7上，该电流导体25使烧损接触件9与额定电流接触件7和/或这个接触件的屏蔽结构刚性连接。该额定电流7和/或其屏蔽结构是空圆筒形的结构和在外表面上与一个作为开关件2固定屏蔽作用的空圆筒形的电流输入件5为导电接触。该额定电流接触件7和/或其屏蔽结构在接通位置中同轴线地围住该烧损接触件8，绝缘喷咀10和额定电流接触件6并在断开位置中附加地对烧损接触件9和在屏蔽结构21范围内的绝缘喷咀10之导出力(Kraftausleitung)起屏蔽作用。
在接通位置(图1左边部分)，两个开关件1，2相互啮合，则切断的电流从电流输入件4的屏蔽结构17通过空心圆筒16和相互接触的额定电流接触件6、7流至电流输入件5的屏蔽结构2b。在断开位置时，则开关件1和其上固定的绝缘喷咀10通过未描绘的驱动装置向下导行。通过绝缘喷嘴10，作用力同时传递到齿杆22上。这些齿杆22同样向下运动和作用到齿轮23上，此时齿轮23本身使齿杆24导行和依此使烧损接触件9向上边导行。因为，接触件9通过电流导体25与额定电流接触件7和/或与包围接触件7的屏蔽结构刚性连接，所以此时该额定电流接触件7和/或包围它的屏蔽结构就向上运动。在一个规定的行程以后，这两个额定电流接触件6、7就分开。这样，断开的电流就换向到一个由底部15，相互还接触的烧损接触件8，9和电流导体25构成的电流线路上。在一个另外的行程之后，这两个烧损接触件8，9就分离并形成一个开关电弧27(图1的右半部分)。由开关电弧27的能量加热的绝缘气体则贮存在压力腔12中，同时，不必由开关驱动装置对此施加驱动能。同时，通过和烧损接触件8一起向下导行的底部15在压缩腔19中存在的绝缘气体就被压缩。在腔12和19中存在的被压缩的气体用于在电流接近过零点时对开关电弧吹弧。
在两个烧损接触件8，9和两个额定电流接触件6，7为相反运动的条件下，当接触件分离时就可以达到一个高的接触分离速度。通过这个高的接触件分离速度就可以确保，在烧损接触件8，9和额定电流接触件6，7之间的绝缘距离迅速地达到足够大，以便能承受还原的电压。通过同时一起运动的屏蔽21和作为屏蔽作用的额定电流接触件6就同时保证，在绝缘喷咀10的传力位置上，由还原电压导致的电场得以削弱。
该电场在断开位置时通过额定电流接触件7及其屏蔽结构还会在绝缘喷咀10的位置处得以进一步削弱，因为额定电流接触件7包围着该屏蔽结构21。另一个对分离的开关件1，2之间的电场分布的改进是通过包围开关件1，2的屏蔽结构17和26实现的。
在本发明压力气体开关为图2中实施方案情况下，开关件2构件的多倍运动是如此实现的，即，设置一个传递元件具有两个按顺序接通的换流器。两个换流器设置成传动装置的结构和如此联接，即，它们将一个非线性的运动传递到开关件2上。两个传动装置的第一个具有一个围绕一固定轴可转动动安置的齿轮30以及一个与图1实施方案的齿杆22对应的并在屏蔽结构17上固定的和轴线平行安置的齿杆31，其与齿轮30配合作用。另一个传动装置包含一个带有曲柄32的曲轴，其一个端部铰接在齿轮30上和另一端部铰接在烧损接触件9的上部。
如果在这个实施例情况下曲柄轴在一个开关过程中运行一个小于180°的转角，那么烧损接触件9和额定电流接触件7和/或其屏蔽结构就与第一开关件1相反方向上作一个单侧指向的非线性移动。按照目的要求，该非线性运动如此设置，即在烧损接触件的分离时刻，该接触件分离速度应是高速的，然后，大约在达到一个和必需的绝缘距离相对应的分离行程之后，该接触件分离速度就下降。这一点可以有利方式如此实现，即该曲轴的曲柄32在接通位置时和轴线3包含一个相对小的角度，至少该曲轴的偏转(角)αc应该小于45°。因为曲柄32处在一个曲轴的死点区域中时，该开关件2首先是慢慢地加速的。这一点有利于应用一个小尺寸的驱动装置。在额定电流接触件6，7打开以后在曲柄32和轴线3间的夹角就逐渐扩大。然后，烧损接触件8，9的开启以后的分离速度实现。在烧损接触件8，9间的绝缘距离为足够大的情况下，曲轴就接近其上边的死点位置。然后接触件分离速度就明显地下降。通过这样的运动过程，开关电弧27的延长就被减弱了和因此在开关电弧中转换的并输入到排气空间14中的能量就显著减少了。
在本发明压力气体开关为图3描绘的实施方案情况下，相对于图2的实施结构，在断开过程中，烧损接触件9额定电流接触件7和绝缘喷咀10的屏蔽结构于另外达到不同的速度。由此，由驱动装置施加的作用力还可以更好地控制和为了断开所必需的力付出会地一步减少。在接通过程中，这个实施例方案能实现一个和烧损接触件8，9的烧损状态无关的并在烧损接触件之间可靠的予点火。并因此明显有利于开关工作寿命的延长。为此目的，该曲轴除了曲柄32外还具有另一曲柄33，其一个端部铰接在齿轮30上和另一端部铰接在电流导体25上。该电流导体25通过一个未描绘的滑动接触件与烧损接触件9为电传导连接。通过曲柄32和33适当的联接，就可以使烧损接触件9和额定电流接触件7彼此间的相对速度加以确定。从图3可以看出，该曲柄32是在轴线之外，而曲柄33是在轴线附近铰接在齿轮30上。此外，在接通位置中，该联接位置处于由轴死点的范围内并与轴线3包含一个相对小的夹角αc。
在断开过程中，与图2的实施方案相对应。该烧损接触件9和额定电流接触件7首先慢慢地加速。这样有利于应用一个小尺寸的驱动装置。它可以提供明显较大的作用力以克服摩擦引起的接触力。在额定电流接触件6，7打开之后，位于曲柄32和33的联接位置与轴线3之间的夹角αc就逐渐加大。由于曲柄32联接位置相对齿轮轴线有较大的距离，所以烧损接触件9的速度相对于额定电流接触件7的速度就明显增高了。此时应用的驱动力明显较大以克服磨擦导致的在烧损接触件8，9之间的接触力和用于使开关件2加速。用于加速开关件2而施加作用力的大部分用于烧损接触件9的加速。然后该烧损接触件8，9的开启以高的分离速度运行。同时，额定电流接触件6，7相互间具有一个可靠避免逆弧的距离。在烧损接触件8，9和额定电流接触件6，7之间为足够大的绝缘距离情况下，曲轴就接近其上边的死点位置和然后接触件分离速度就如图2的实施方案那样明显下降。最后，曲轴运行到一个位置上，此时，曲轴和图2的实施方案相对应与轴线3构成一个相对大的夹角β。
通过描述的运动过程，实际上在断开过程的每个阶段(相位)驱动力是完全施加的，因此，可实现一个最佳的开关件断开运动，同时均匀地消耗最小的力。
如果齿轮30与一个回转盘相连接，它的半径大于齿轮30的半径，那么通过将曲柄32的连接位置往外移动就可以使烧损接触件9达到一个绝对速度，它高于绝缘喷咀10之屏蔽21和烧损接触件8的绝对速度。根据齿轮30和回转盘的结构设置，就可以使烧损接触件8的绝对速度位于烧损接触件9和额定电流接触件7的绝对速度之间或甚至小于这两个速度之一。然后，由压缩空间19就可以在较长时间间隔内提供压缩气体。因此，就能实现一个较长的对开关电弧27的吹弧。
在本发明压力气体开关为图4描绘的实施方案情况下，和图3的实施结构相关描述的关于烧损接触件9、额定电流7和绝缘喷咀10的屏蔽结构之不同速度是通过一个齿轮传动装置实现的，它除了图1方案成对设置的齿杆22和齿杆23，还附加地分别设有两个齿轮34和35以及两个另外的齿杆36。这两个由齿杆22驱动的齿轮23分别在两个齿轮34之一上滚合，该齿轮34本身分别在两个齿杆36之一上和两个齿轮35之一上滚合。该齿轮35分别具有一个带齿轮37的共同轴，而齿轮37分别在与烧损接触件9相连的齿杆24之相反侧端上滚合。
在断开情况下，与图1的实施例相对应，齿杆22向下导行并使齿轮23转动。此时，每个齿轮23使地应设置的齿轮34以相反的方向转动。这样一方面齿杆36和其上固定的额定电流接触件7向上移动(图4中箭头)。另一方面，还有齿轮35和依此齿轮37就如此转动，即齿杆24和进而烧损接触件9向上被推动(图4中箭头)。通过适当地确定齿轮的传动比就可以容易地实现烧损接触件9和额定电流7彼此间相对的任意速率和传动装置及屏蔽结构21的速度。
                    参考编号1，2 开关件3    轴线4，5 电流输入件6，7 额定电流接触件8，9 烧损接触件10   绝缘喷咀11   喷咀收缩位置12   压力腔13   环通道14   排气空间
15    底部16    空心圆筒17    屏蔽结构18    单向阀19    压缩空间20    压力控制装置21    屏蔽结构22    齿杆23    齿轮24    齿杆25    电流导体26    屏蔽结构27    开关电弧30，  齿轮31，  齿杆32，33曲柄34，35齿轮36，  齿杆37    齿轮

Claims (15)

1.压力气体开关具有：—两个开关件(1，2)，其在一个充有绝缘气体的腔内沿轴线(3)是相对可运动的，并分别具有至少一个烧损接触件(8，9)和一个额定电流接触件(6，7)；—一个驱动装置，其将作用力传递到两个开关件(1，2)的第一个(1)上；—一个和两个开关件(1，2)同轴安置的并在第一个开关件(1)上固定的绝缘喷咀(10)，通过它的收缩位置(11)在断开过程时将压力气体从一个开关件操作的压缩腔(19)和/或一个与开关行程无关的压力腔(12)中导入一个排气空间(14)中；和—具有一个传递装置，它将驱动力从第一开关件(1)通过一个绝缘件导至第二开关件(2)上和它具有两个传递元件，其中，第一个作用在烧损接触件(9)上和第二个元件作用在第二开关件2的额定电流接触件(7)上；其特征在于：—该绝缘件是绝缘喷咀(10)和—该绝缘喷咀(10)在其对着第二开关件(2)的端部上支承一同轴包围着绝缘喷咀(10)的第一屏蔽结构(21)，它将由驱动装置产生的力从绝缘喷咀(10)导入到第一传递元件上。
2.按权利要求1所述的开关，其特征在于：该第一屏蔽结构(21)将由驱动装置产生的力还导入到第二传递元件上。
3.按权利要求1或2所述的开关，其特征在于：该绝级喷咀(10)在其用于固定在第一开关件(1)上的端部上有一个设置为额定电流接触件(6)的第二屏蔽结构。
4.按权利要求1至3之一所述的开关，其特征在于：第一和/或第二传递元件将线性运动从驱动装置传递到第二开关件(2)上。
5.按权利要求4所述的开关，其特征在于：第一传递元件是一个齿杆转动装置具有至少一个围绕一固定轴线可转动安置的齿轮(23)和至少两个与轴线(3)平行安置的并与至少一个齿轮(23)配合作用的齿杆(22，24)，其中，第一个齿杆(24)固定在第二开关件(2)的烧损接触件(9)上和第二个齿杆固定在第一屏蔽结构(21)上。
6.按权利要求5所述的开关，其特征在于：第二传递元件是一个电流导体(25)，它使第二开关件(23)的烧损接触件(9)与其额定电流接触件(7)和/或一个额定电流接触件(7)的屏蔽结构为刚性连接。
7.按权利要求4的开关，其特征在于：该第一和第二传递元件是一个齿杆传动装置的部分，该装置具有至少三个分别围绕固定轴可转动安置的齿轮(23，34，35，37)和至少三个平行于轴线(3)安置的并与至少三个齿轮(23，34，35)配合作用的齿杆(22，24，36)，其中，一个与第一齿轮(23)配合作用的第一齿杆(22)固定在第一屏蔽结构(21)上，一个与第二齿轮(34)配合作用的第二齿杆(36)固定在第二开关件(2)的额定电流接触件(7)上，和一个与第三齿轮(35，37)配合作用的齿杆(24)固定在第二开关件(2)的烧损接触件(9)上。
8.按权利要求1或2所述的开关，其特征在于：第一和/或第二传递元件将非线性运动从驱动装置传送到第二开关件(2)上。
9.按权利要求8所述的开关，其特征在于：该第一和/或第二传递元件具有两个按顺序连接的转换器。
10.按权利要求9所述的开关，其特征在于：两个转移器设置为传动装置并如此组装连接，即它们将一个单侧指向的运动传递到烧损接触件(9)上和/或第二开关件(2)的额定电流接触件(7)上。
11.按权利要求8所述的开关，其特征在于：该两个转换器设置为传动装置并如此组装连接，即它们将一个反向运动传递到烧损接触件(9)上和/或第二开关件(2)的额定电流接触件(7)上。
12.按权利要求10或11所述的开关，其特征在于：—第一传动装置具有一个绕固定轴可转动安置的齿轮(30)以及至少一个平行于轴线(3)安置的齿杆(31)，它与齿轮(30)与合作用并固定在第一屏蔽结构(21)上，和—第二传动装置包含一个曲轴并具有一个曲柄(32)，其一个端部铰接在齿轮(30)和另一端部铰接在第二开关件(2)的烧损接触件(9)上。
13.按权利要求12所述的开关，其特征在于：
该曲轴在一个开关过程中可转动一个大于180°的角度。
14.按权利要求11或12所述的开关，其特征在于：该曲轴的曲柄(32)在接通位置时安置在曲轴一个死点的范围内。
15.按权利要求12至14之一所述的开关，其特征在于：
在由轴上铰接一个第二曲柄(33)的端部，其另一端部与第二开关件(2)的额定电流接触件(7)配合作用。
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