用于打开真空开关管的断路间隔的方法

本发明涉及电开关领域并且可应用于真空开关管的运行。该真空开关 管具有两个可相对移动的开关触头，其中，通过对打开断路间隔的时间过 程进行调节可改善开关的遮断能力。

在包含有一个真空开关管作为实际的开关元件的电开关中，为了使其 中通过一根导流接线柱向外传导电流的动触头移动，设有一根驱动杆，它 在开关接通时通过一个接触压簧作用在该动触头上，而在开关断开时(在经 过一定的加速行程之后)冲击式地带动该动触头。为了使这种带有径向场触 头或轴向场触头的真空开关管始终具有固有的高遮断能力，已知可直接在 断开接触后随即调节动触头，使得最迟在1.3毫秒之后可将断路间隔打开至 少1mm，也就是说要给予动触头一个高的初始加速。在径向场触头方面业 已证明可优选地在0.8毫秒之后使触头的断开速度达到2m/s。在这种已知 的对打开断路间隔的时间过程进行调节的过程中，动触头的断开速度在整 个触头行程中基本上保持不变，除了起始时的高加速阶段和到达整个触头 行程终点时的强减速阶段以外(DE 38 15 805 C2)。

此外，还公知有一种高压真空开关，其中，触头行程借助于对真空开 关管的专门设计结构被分为三个“作用阶段(Funktionsstufen)”，即闭合行程、 绝缘行程的第一阶段、绝缘行程的第二阶段。这种专门的设计结构在于分 别将一个电位环(Potentialring)分配给各个触头，并且使真空开关管的壳体相 对于固定的开关触头可轴向移动。这些措施的作用在于使两个开关触头在 其中的动触头处于断开位置上时都处于各电位环的电场作用范围内，由此 在给定触头间距(即断路间隔)时，可改善真空开关管的绝缘能力(DE 195 19 078 A1)。

在德国专利文献DE 38 15 805 C2中公开了一种打开真空开关管的断路 间隔的方法，该真空开关管的工作电压至少为12kV，且在一个壳体中有两 个可相对运动的、通过导流接线柱向外传导电流的电路连接触头，现本发 明基于这一方法要解决这样一个技术问题，即，通过有针对性地调节开关 断开时的时间特性曲线，进一步改善开关的遮断能力。

上述技术问题按照本发明是这样来解决的，即，使触头首先在分离运 动过程中的第一个用于灭弧的阶段以第一速度运动到整个预定断路间隔的 约1/4至1/2处，然后在分离运动过程中的第二个用于绝缘的阶段以第二速 度运动到预定断路间隔的终点，其中，第一速度大于第二速度。比较适宜 的是，第一速度至少为第二速度的三倍。

在这种方法中，断开过程在时间上被依次分为以一个快速的断开速度 运动的第一阶段和以一个较慢的断开速度运动的第二阶段，亦即分为“断 电(Stromloeschen)/灭弧行程”和“电压绝缘/绝缘行程”，其中，灭弧行 程选择成使所产生的开关电弧在紧接着的电流过零点时能在2至15毫秒的 时间段内可靠熄灭，随后将断路间隔打开到开关触头介电所必需的间距。 这一方法的理论基础在于，一方面遮断能力会随着断开速度的增大而提高， 另一方面，特别是对径向场触头来说，但也同样适用于轴向场触头，闭合 行程(灭弧行程？)越小，遮断能力就越高；但由于断路间隔所需的介电强度， 闭合行程存在一个下限值。另外，本发明还考虑到如下认知，即，在开关 过程中，常用触头材料，尤其是铜铬材料在小于1微秒的时间段会恢复强 度，也就是说重新达到在冷状态下给定的耐压强度，而其中对于中压(≤36kV) 真空开关管来说，介电强度在2mm的接触行程时(在电流过零点之后)就能 超过最大恢复电压(≥60kV)。因此，断路间隔的介电强度的恢复速度在电流 过零点之后要比恢复电压的上升速度更快。所以，灭弧行程中的介电强度 始终要比相应于当时电压级的瞬态恢复电压更大。随后可通过以明显低许 多的速度进一步提高接触行程来实现断路间隔的介电电场强度与供电网状 况(尤其是雷电冲击电压)的适配。

开关过程在时间上被分为具有不同的行程速度和通常也具有不同的行 程长度的一个灭弧行程和一个绝缘行程，对于中压和高压(56kV)真空开 关管，可以选择不同的开关过程。对于带有径向场触头或磁场触头且其工 作电压设计为12至36kV的真空开关管来说，已证明可适当地将其设计成 这样，即，第一速度大约为0.5至2m/s，第二速度大约为0.1至0.3m/s。 灭弧行程大约为3至5mm，而整个接触行程大约为8至20mm。

对于配备有轴向磁场触头且其工作电压设计为大于52kV(例如72kV) 的真空开关管来说，已证明可适当地将其设计成：第一速度大约为1至3 m/s，第二速度大约为0.1至0.3m/s。灭弧行程大约为20mm，而整个接触 行程大约为40至60mm。

在打开断路间隔时可以通过不同的方式达到上述两个速度。例如可以 按照迄今已公知的驱动机理插入阻尼器。一个有关于此的实施方式在图2 中示出。但人们也可以借助相应的盘形凸轮将驱动器设计成这样，即借助 一个盘形凸轮强制控制动触头。这样一种控制原理在德国专利文献DE 27 02 962 A1的附图1和2中可了解到。在本发明一种特别适用于形成这两个速 度的方案中，两个开关触头相互反向移动，其中的一个开关触头仅在分离 运动的第一阶段以第一速度运动，另一个开关触头则仅在分离运动的第二 阶段或者也可以在分离运动的第一和第二两个阶段以第二速度运动。在中 压真空开关管中，运动较快的触头仅移动经过2至5mm的行程，而移动较 慢的触头则仅较之要多移动大约6至15mm的行程或者说总共要移动8至 20mm的行程。在高压真空开关管中，运动更快的触头仅仅移动经过大约 10至20mm的灭弧行程，而移动更慢的触头则仅仅要较之多移动经过20 至40mm的行程，也就是总共要移动40至60mm的行程。具有两个相互 反向移动触头的真空开关管本身已由美国专利US 4,901,251 A1公开。

为了解释说明本发明的新方法，图1中示出了开关行程随时间的变化。

断路间隔的打开分成两个阶段S1，S2，在图中将这两个阶段用不同斜 率的直线段来表示。直线段S1表示，在时间t1时达到灭弧行程Lh，此时 该时间t1例如为5ms，触头的分离速度例如为1m/s，灭弧行程Lh为5mm。 直线段S2则表示，在时间t1+t2时达到终极行程Eh，此时该时间t1+t2 例如为100ms，触头的分离速度例如为0.2m/s，终极行程Eh为20mm。

按照图2所示，一个以图中未详细示出的方式与真空开关管的动触头 连接的驱动杆1与一个断开弹簧2相配置。该断开弹簧2支承在板坯3上、 通过板4作用到驱动杆1上。板4同时还是一个阻尼装置上的构件，属于 该阻尼装置组成构件的还有一个罐形件5和一个设置在该罐形件5中的阻 尼元件6。在断开运动过程中，板4首先不受阻碍地移动到罐形件5中直至 达到与所属的真空开关管的灭弧行程相对应的深度D1。板4撞击到设计成 可被压缩的阻尼元件6上，由此使板4继续进入罐形件5中的速度相应减 小，直至板4到达与真空开关管的终极行程相对应的位置D2为止。