CN1186795C - 具有逸出通道的高压断路器 - Google Patents

Abstract

一种具有两个电弧触头(4，5)的高压断路器，这两个电弧触头在断开状态相互分离，并且可能在充满灭弧气体的电弧室(9)中在它们之间拉出电弧(12)，其中，被电弧加热的灭弧气体从围绕电弧室的绝缘喷嘴(7)的狭窄部位(6)通过至少一个逸出通道逸出，该逸出通道具有多个先后通流灭弧气体的区段(12，13，14，15)，按照本发明，面对喷嘴狭窄部位的第一区段(12)具有比狭窄部位(6)更小的比流阻并在第一区段(12)之后沿灭弧气体流出方向接续设置第二区段(13)、第三区段(14)和第四区段，其中第二和第四区段的比流阻分别大于沿流出方向位于它们前面的紧邻区段的比流阻，而第三区段(14)的比流阻小于第二区段(13)的比流阻。

Description

具有逸出通道的高压断路器

本发明涉及一种具有两个电弧触头的高压断路器，电弧触头在断开状态相互分离，并且在必要时在充满灭弧气体的电弧室中在这两个电弧触头之间会拉出电弧，其中，被电弧加热的灭弧气体从围绕电弧室的绝缘喷嘴的狭窄部位通过至少一个逸出通道逸出，该逸出通道具有多处先后通流灭弧气体的区段。

这样的高压断路器例如由德国实用新型专利文献DE-U93 14 779.1以及德国专利申请公开文献DE-OS 29 47 957已为公众所知。

对于公知的断路器而言，在断开过程中在两个电弧触头之间会拉出电弧，灭弧气体吹向电弧并能够由此将其熄灭并防止再燃。为此通常配有一个热室，在热室中被电弧加热的灭弧气体在高压下存储至下一个要被接通电流的电流过零点，以便在电弧室压力降低时返回电弧室并在那里冷却灭弧气体。为了实现有效冷却，灭弧气体必须能够通过一个逸出通道逸出到一个膨胀室中。

为了使断路器外壳内壁不受被污染的热灭弧气体损伤或弄脏，灭弧气体在一个冷却装置中被冷却并去电离。这种冷却装置具有例如所谓的孔板和金属布形式的网式冷却器，在这些冷却器中热灭弧气体的交换作用面积特别大。

通过冷却灭弧气体，也可以防止在下一个时间比较靠近的接通过程中电离的灭弧气体涌入电弧触头之间的触头间距。

已经发现，为了实现最佳接通特性，灭弧气体在逸出通道中的一定倒流是必须的，但是例如由于一个致密的、灭弧气体必须透穿的金属布所引起的太大的倒流可能阻止灭弧。

因此本发明的目的在于提供上述类型的高压断路器，在该断路器中，在灭弧方面，灭弧气体在通过逸出通道时具有最佳逸出特性。

本发明这个目的由此而实现，面对喷嘴狭窄部位的第一区段具有比狭窄部位更小的比流阻，并且沿灭弧气体流出方向在第一区段之后设置第二区段、第三区段和第四区段，其中第二区段和第四区段的比流阻分别大于沿流出方向前面紧邻区段的比流阻，而第三区段的比流阻小于第二区段的比流阻。

通过在逸出通道中使较大比流阻区段和较小比流阻区段交替出现，使灭弧气体在减速条件下流过较大比流阻区段，以便在较小比流阻区段膨胀，该区段宛如一个膨胀容积。由此实现一种倒流特性，在电弧区产生多个在时间上前后衔接的灭弧气体倒流压力波。由此能够控制电弧室中灭弧气体压力的时间特性曲线并由此对于灭弧以及防止电弧再燃实现最佳压力变化。

“比流阻”这一概念可以相应地理解为灭弧气体在通流方向单位长度上的流阻。

本发明可以有利地应用在绝缘喷嘴开关上，该绝缘喷嘴配备有一个热室，在热室中通过电弧加热的灭弧气体在高压下一直能够存储到待接通电流过零点。可以附加地对灭弧气体配备一个压缩活塞和压缩汽缸形式的机械压缩装置。

本发明一个有利的扩展结构在于，逸出通道在那些具有较大比流阻的区段处存在横截面减小的情况。

这种横截面减小例如可以通过一个围绕逸出通道的管道、例如一个支承持续电流触头的管道锥形收缩或者通过加粗一个在逸出通道中间放置的针销来实现。例如，当两个电弧触头通过一个公共的开关操纵机构同时运动的时候，在逸出通道中也可以配备一个用于驱动电弧触头的传动机构。在计算逸出截面积的时候要考虑到该传动机构。

比较有利的是，具有较大比流阻的各区段可以由喷嘴构成。在逸出通道中的收缩区段和喷嘴分别通过装入由绝缘材料、尤其是聚四氟乙烯制成的内部构件来形成或者也可以用这种材料覆层。

本发明的另一个有利的扩展结构是，具有比前面区段更大比流阻的区段由灭弧气流径向偏转装置构成。

这种径向偏转例如可以是喷嘴形式，喷嘴将轴向逸出的灭弧气体偏转到径向或转过大于90°。在偏转方向后面可以配备一个用于灭弧气体的更大膨胀室。

此外可以有利地由此来改进本发明，即，至少一个具有较大比流阻的区段由止回阀或止回阀组构成。

由此一方面实现灭弧气体的倒流，因为灭弧气体必须以其部分动能使止回阀保持打开，另一方面可靠地防止灭弧气体的倒流，倒流可能使电弧室沾染上电离的热灭弧气体。

此外比较有利的是，止回阀具有一个封闭开孔的直线运动平板。但是也可以规定，至少一个止回阀具有至少一个、尤其是两个围绕一个铰链转动的封闭活门。

在一个铰链阀中，可转动的活门在通流方向上几乎完全打开逸出通道，使比流阻只能有微小的增大。

此外比较有利的是，具有较大比流阻的区段通过设置在逸出通道里的物体构成，该物体具有多个灭弧气体通流孔。

这种物体可以理解为例如是孔板或金属布(网式冷却器)。

此外可以具有优点地这样来扩展本发明，即，至少一个具有较大比流阻的区段由流体迷宫构成。

也可以规定，至少一个具有较大比流阻的区段由具有进孔和出孔的腔室构成，在腔室中松散地堆满可移动的物体，例如聚四氟乙烯球体。

还可以规定，逸出通道从喷嘴狭窄部位延伸到驱动端，并在灭弧气流方向上驱动端的、支承驱动端电弧触头的开关管(Schaltrohr)后面设置至少一个具有较大比流阻的区段。

下面借助附图所示实施例对本发明予以详细说明。

图1至图8简化地示出高压断路器灭弧单元的局部纵向剖面，其中每个在逸出区具有较大比流阻或较小比流阻的区段在由触头杆构成的电弧触头旁边以不同的方式实现。

附图中：

图1示出由围绕触头杆的触头管收缩截面构成的狭窄部位，

图2示出通过触头管中的插入体构成的收缩截面，

图3示出分别通过触头杆的加粗实现的两个收缩截面，

图4示出通过带透孔的插入板构成的三个具有较大比流阻的区段，

图5示出通过具有可转动活门的阀门实现的具有较大比流阻的区段，

图6示出通过触头杆的加粗构成的一个具有较大比流阻的区段，以及另一个通过气体径向偏转装置实现的具有较大比流阻的区段，

图7示出通过具有可转动活门的阀门实现的一个具有较大比流阻的区段，以及另一个通过气体径向偏转装置实现的具有较大比流阻的区段，

图8示出驱动端逸出通道的结构。

在不同的附图中相同的部件用相同的附图标记表示。

图1示出的高压断路器灭弧单元部分具有一个绝缘外壳1，该绝缘外壳例如由瓷体或链式绝缘子构成并在其中设置两个持续电流触头2，3。在本发明的另一个实施例中该外壳也可以设计成接地的金属壳体。

设计成瓣形触头的一个可驱动的动电弧触头4与动持续电流触头2结合。这个电弧触头在其圆周上具有径向弹性设置的触头指。

在接通状态，可驱动的电弧触头4与触头杆形式的一个位置固定的电弧触头5共同起作用。在接通状态，这个触头杆穿过绝缘喷嘴7的狭窄部位6并弹性地与动电弧触头4电接触。

在断开过程中，如果动电弧触头4与绝缘喷嘴7和持续电流触头2一起通过一个未示出的开关驱动器在箭头8的方向上加速，则首先是持续电流触头2，3相互分离，然后是电弧触头4，5分离。

在电弧触头4，5之间在电弧室9中拉出电弧，该电弧加热位于电弧室中的灭弧气体，例如六氟化硫，使得气体膨胀。

膨胀的灭弧气体至少部分地通过热通道10导入一个热室11，并先储存在那里。在有待接通的交流电流过零点时，电弧12a熄灭，储存在热室11中的灭弧气体通过热通道10流回电弧室9，以便在那里通过冷却防止在下一个电压升高时电弧复燃。

这时电弧触头4，5继续相互远离，使得在短时间后其间的距离大到不再担心电弧复燃。

为了在电弧室和喷嘴狭窄部位6处实现最佳的电弧灭弧条件，按照本发明规定，逸出通道首先具有第一区段12，该区段具有比喷嘴狭窄部位6更小的比流阻，那里的逸出截面明显大于喷嘴狭窄部位6，通过逸出通道灭弧气体例如从固定电弧触头5一侧逸出。

在第一区段12上接续第二区段13，这个区段具有比第一区段更大的比流阻。这个第二区段由支承持续电流触头3的接触管20的收缩构成。因此第二区段具有一个锥形延伸的区段和一个喷嘴狭窄部位。

沿灭弧气体流出方向在第二区段13上接续第三区段14，这个区段首先具有一个逸出通道的锥形扩口然后是一个圆柱形区段，第三区段内的比流阻小于第二区段13内的比流阻。

在第三区段14上接续第四区段15，该区段与第三区段14相比具有较大的比流阻并由径向向外偏转灭弧气流的装置构成。

在区段13，15中分别存在灭弧气体的减速，这个减速使灭弧气体倒流。因此使压力波以与灭弧气流相反的方向进入电弧室9。

这个在气流上游移动的压力波在电弧室9中起到有利于电弧灭弧条件的作用。在具有较大比流阻的区段之间的距离和在具有较小比流阻的区段之间的距离可以这样逸择，使得能够实现回流到电弧室的倒流波的最佳时序并由此在电弧室中实现最佳的时间上的压力波形。

在图2中示出一种装置，除了逸出通道以外该装置与图1所示装置相同。在逸出通道中存在基本上圆柱形结构的第一区段16，该区段比绝缘喷嘴7的喷嘴狭窄部位6具有更小的比流阻。

在第一区段16上接续第二区段17，该区段比第一区段具有较大的比流阻，这是基于接触管21在第二区段具有一个插入体22，它在逸出通道中产生一个喷嘴式狭窄部。该插入体也可以由接触管21的一体化组成部件构成。

在第二区段17接续第三区段18，在这个区段中逸出通道的横截面首先扩大，以使那里的比流阻小于第二区段17处的比流阻。

第三区段18的扩口部分延续成圆柱体部分。

在第三区段18上连接有一个接触管21径向通孔形式的第四区段19，这使得灭弧气流在第四区段径向向外偏转，灭弧气流在这个第四区段比在第三区段18受到更大的比流阻。

通过这种方法，使具有较小比流阻的区段16，18和具有较大比流阻的区段17，19交替出现，这使得在这个按照本发明的实施例中也出现灭弧气流的部分倒流。由此压力波可以逆灭弧气流流向自下向上地回流。

在具有较小比流阻的区段16，18，灭弧气体可以在一定程度上膨胀。通过这种方法，逸出的灭弧气体量按照时间上的先后时序先后流过倒流区和膨胀区，使得能够通过倒流产生一个确定时序的压力波模型。由此在电弧室中所产生的压力波随时间的变化曲线取决于各区段相互间的距离和各区段比流阻的比例。

在图3中示出本发明的一个实施例，其中区段23，24分别通过触头杆5在这个区段上的加粗25，26而具有较大的比流阻。

在加粗区段25，26之间的触头杆5部段具有较小的直径，这使得在区段27，28存在较小的比流阻。

按照图4所示实施例，通过平板32，33，34使区段29，30，31具有较大比流阻，平板上具有通流灭弧气体的开孔35。

在平板33上附加设置封闭板36，封闭板弹性加载地封闭平板33上的开孔，流过平板33的灭弧气体可将封闭板抬高，从而使灭弧气体可以从绝缘喷嘴7流出，但是不能倒流。

在区段29，30，31之间分别设置比膨胀空间具有较小比流阻的区段37，38。具有较小比流阻的区段39设置在区段31之后，在区段39之后连接有一个径向通流开孔形式的区段40。这些径向通流开孔40设在接触管21上起到使气流径向偏转的作用，并同样因此形起一个具有较大比流阻的区段。

在图5中局部示出一个灭弧单元，其中在接触管21内设置一个止回阀41，它作为一个具有较大比流阻的区段，其具有至少两个围绕铰链42可转动的活门43，44，活门在静止状态封闭接触管21截面并在断开状态被气流打开，使灭弧气体能够通流止回阀。止回阀在打开状态还建立起一个比接触管21的圆柱形区段45具有更大比流阻的区段。当在与止回阀相连的圆柱形区段46中形成较高气压时，通过止回阀41防止灭弧气体倒流。

灭弧气体可以从具有较小比流阻的圆柱形区段46通过径向通流开孔47流出，该通流开孔上分别配有金属布。因此通流开孔47形成一个具有较大比流阻的区段。灭弧气体在这里径向偏转，同时通过金属布被冷却并减速。

在图6中示出一个高压断路器的灭弧单元，该灭弧单元具有一个喷嘴形式的径向偏转装置48，该喷嘴构成具有较大比流阻的区段。在区段48之前设有一圆柱形区段49，该区段具有较小比流阻。灭弧气体在通流这个圆柱形区段之前先通流狭窄部位50，此狭窄部位通过加粗触头杆51来构成并建立起一个具有较大比流阻的区段。

在偏转装置48之后设置一个作为逸出通道的一部分区段的环形通道52，灭弧气体从这里可以通过径向通流开孔53流入膨胀室54。

在图7中示出一个灭弧单元，此灭弧单元与图6所示的那个灭弧单元类似，但是如图7所示，触头杆51没有加粗，而是触头杆支承一个止回阀52a，此阀配有多个可转动的翻板58，翻板构成一个对于由电弧室流出的灭弧气体具有较大比流阻的区段，并防止灭弧气体从具有较小比流阻的区段55向电弧室方向倒流。在区段55之后设置一个偏转装置48，从这里灭弧气体可以通过一个作为逸出通道的一部分区段的环形通道56流到一个同样作为逸出通道的一部分区段的金属格栅57。该金属格栅57构成一个具有较大比流阻的区段。通过金属格栅57的开孔之后灭弧气体经过再一次偏转以后流入膨胀室54。

在图8中示出一个灭弧单元，其中在驱动端的逸出通道59里，在接触管内部设置第一圆柱形区段，接触管支承瓣形电弧触头4。在第一区段之后设置另一区段60，这个区段由开关杆61与接触管62耦联构成，在这个区段通过横截面收缩而具有更大比流阻。在第三区段63灭弧气体无阻碍地轴向流出，因此在那里不会出现倒流。

在封闭板64之前构成第四区段，灭弧气体在那里通过径向通流开孔65偏转并进入一个膨胀室。

总而言之，对于灭弧单元能够以不同的方式实现：在逸出通道中交替出现具有较小比流阻的区段和具有较大比流阻的区段，其中具有较大比流阻的区段可以由狭窄部位、金属布、孔板或止回阀构成，而具有较小比流阻的区段可以由圆柱形管或锥形扩展管构成。

已证明比较有利的是，在绝缘喷嘴之后至少一个具有较小比流阻的区段沿开关轴向延伸，在该区段上接续有一个较大比流阻的区段，灭弧气体在该区段同样沿开关轴向通流，在这之后，气体才沿径向偏转流出。

驱动端的逸出通道相应地可设计成如借助图1至图7所描述的那样，该逸出通道起始于瓣形电弧触头内部。

Claims (10)

1.一种高压断路器，它具有两个电弧触头(4，5)，这两个电弧触头在断开状态相互分离，并且在一个充满灭弧气体的电弧室(9)中在它们之间拉出电弧(12)，其中，被电弧加热的灭弧气体从围绕电弧室的绝缘喷嘴(7)的狭窄部位(6)通过至少一个逸出通道逸出，该逸出通道具有多个先后通流灭弧气体的区段(12，13，14，15，16，17，18，19，23，24，27，28，29，30，31，37，38，39，41，45，46，47，48，49，50，52，52a，55，56，57，60，65)，其特征在于，面对喷嘴狭窄部位(6)的第一区段(12，16，45)具有一个比狭窄部位(6)更小的比流阻并且在第一区段之后在灭弧气体逸出方向上至少接续设置一个第二区段(13，17，23，29，41，50，52)、一个第三区段(14，18，27，37，46，49，55)和一个第四区段(15，19，24，30，47，48)，其中第二区段(13，17，23，29，41，50，52)和第四区段(15，19，24，30，47，48)的比流阻分别大于逸出方向上前面紧邻区段的比流阻，而第三区段(14，18，27，37，46，49，55)的比流阻小于第二区段(13，17，23，29，41，50，52)的比流阻。

2.如权利要求1所述的高压断路器，其特征在于，所述具有比前面区段(14，18，46，49，55)更大比流阻的区段(15，19，47，48)中的一个被设计成用于灭弧气流的径向偏转装置。

3.如权利要求1或2所述的高压断路器，其特征在于，逸出通道在那些具有较大比流阻的区段(13，15，17，19，23，24，29，30，41，47，48，50，52)处存在横截面减小的情况。

4.如权利要求3所述的高压断路器，其特征在于，由喷嘴式狭窄部位形成所述横截面减小的情况。

5.如权利要求1或2所述的高压断路器，其特征在于，由止回阀或止回阀组构成至少一个具有较大比流阻的区段(30，41，52a)。

6.如权利要求5所述的高压断路器，其特征在于，所述止回阀具有一个必要时关闭开孔的直线运动平板。

7.如权利要求5所述的高压断路器，其特征在于，至少一个止回阀具有至少一个围绕一个铰链轴(42)转动的封闭活门(43，44，58)。

8.如权利要求1或2所述的高压断路器，其特征在于，由一个配有许多通孔(35)的物体构成至少一个具有较大比流阻的区段(29，30，57)。

9.如权利要求1或2所述的高压断路器，其特征在于，至少一个具有较大比流阻的区段(47)具有一个金属网布。

10.如权利要求1所述的高压断路器，其特征在于，所述逸出通道从喷嘴狭窄部位(6)延伸到驱动端，沿灭弧气流方向在位于驱动端的、支承驱动端电弧触头(4)的接触管(62)后面设置至少一个具有较大比流阻的区段(60，65)。

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