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断路器灭弧单元
申请号	CN201280047156.4	申请日	2012-09-05	公开(公告)号	CN103828011A	公开(公告)日	2014-05-28
申请人	西门子公司;			发明人	R-M.瑟纳特; V.莱曼; A.诺瓦科夫斯基;
摘要	本发明涉及一种具有断路器灭弧单元的装置，所述断路器灭弧单元具有第一与第二电弧触头（4、5）。在电弧触头（4、5）之间设触头间隔（6）。为了从所述触头间隔（6）引出开关气体，断路器灭弧单元的开关气体通道连通触头间隔与断路器灭弧单元的周围环境。在所述开关气体通道的路径内设置多个增大流动阻力的屏障（21a、21b、21c、21d、21e），它们彼此相继地互相间隔地排布。在被第二管段（14）围绕的第一管段（12）与第二管段（14）之间，设置至少一个这种屏障（21a、21b、21c、21d、21e）。
权利要求	1.一种具有断路器灭弧单元的装置，断路器灭弧单元具有设在第一与第二电弧触头（4、5）之间的触头间隔（6），以及连通触头间隔（6）与断路器灭弧单元的周围环境的开关气体通道，在所述开关气体通道的路径内设置增大开关气体通道流动阻力的屏障（21a、21b、 21c、21d、21e），其特征为：第一和第二屏障（21a、21b、21c、21d、21e）彼此相继地互相间隔地设置在开关气体通道内部，其中，在被第二管段（14）围绕的第一管段（12）与第二管段（14）之间，设置至少一个这种屏障（21a、21b、21c、21d、21e）。 2.按照权利要求1所述的装置，其特征为，在两个管段（12、14）之间的开关气体通道具有环形的横截面（15），其中，在第一管段（12）内部以及在环形横截面（15）内部的所述开关气体通道，在从触头间隔到开关气体流出口（19）的路径上，开关气体可以以相反的方向流过。 3.按照权利要求2所述的装置，其特征为，至少其中一个所述屏障（21a、21b、21c、21d、 21e）为带孔板。 4.按照权利要求3所述的装置，其特征为，在开关气体通道的具有环形横截面（15、17）的一个区段内，装入至少一个用带孔板制成的环形盘作为屏障（21a、21b、21c、21d、21e）。 5.按照权利要求1至4之一所述的装置，其特征为，第一和第二管段（12、14）被第三管段（16）围绕，从而在开关气体通道的路径内构成两个具有环形横截面（15、17）的区段，在这些区段内分别设置至少一个屏障（21a、21b、21c、21d、21e）。 6.按照权利要求1至5之一所述的装置，其特征为，断路器灭弧单元被封闭式外壳（1）包围。
说明书全文	断路器灭弧单元技术领域 [0001] 本发明涉及一种具有断路器灭弧单元（Leistungsschalterunterbrechereinheit）的装置，断路器灭弧单元具有设在第一与第二电弧触头之间的触头间隔，以及连通触头间隔与断路器灭弧单元周围环境的开关气体通道，在所述开关气体通道的路径内设置增大开关气体通道流动阻力的屏障。背景技术 [0002] 例如由欧洲专利文件EP1105898B1已知这种装置。在那里说明了一种断路器灭弧单元，它有第一和第二电弧触头。在这两个电弧触头之间设触头间隔。触头间隔通过开关气体通道与断路器灭弧单元的周围环境连通。在已知的这种结构中，所述装置在开关气体通道的路径内设冷却装置，它具有用于开关气体的流通孔。通过冷却装置应能影响流过的开关气体的温度。所述冷却装置在这里起屏障的作用，它增大了开关气体通道内的流动阻力。已知的这种冷却装置设计为管状并具有沿径向的开关气体流通孔。这种结构允许大的开关气体量在短的时段内流过冷却装置。为保证即使对于大的开关气体量也能有足够的冷却功率，冷却装置设计成具有尤其沿轴向相应比较大的体积。发明内容 [0003] 因此本发明要解决的技术问题是，提供一种具有断路器灭弧单元的装置，它在结构形式紧凑的同时能有效冷却开关气体。 [0004] 上述技术问题在前言所述类型的装置中按本发明采取下述措施得以解决：第一和第二屏障彼此相继地互相间隔距离地设置在开关气体通道内部，其中，在被第二管段围绕的第一管段与第二管段之间，设置至少一个这种屏障。 [0005] 使用多个屏障可以实现在开关气体通道内部构成不同的区段，在这些区段中可以使开关气体在开关气体的路径内彼此相继地回流。例如可以规定，在第一和第二屏障处对开关气体通道流动阻力施加不同的影响，从而在第一和第二屏障处造成开关气体互不相同的阻塞。由此在开关气体通道的路径内可以导致交替的流动阻力增大与流动阻力减小。通过这些彼此相继的可以流过开关气体的阻塞区段，能以更好的方式制动或也能相宜地重新加速开关气体。若现在规定，在两个管段的重叠区内部设置至少一个这种屏障，则迫使开关气体在开关气体通道的环形横截面内回流。通过管段重叠，可以促进开关气体分层流动。由此可以使开关气体流尽可能形成层流，从而一方面将开关气体少涡旋地引入开关气体通道内，但另一方面相宜地在屏障处引起开关气体的阻塞和涡流，促进在这之后重新层流。 [0006] 若所述屏障用于使两个管段彼此相对固定，则这种屏障一方面可用于在开关气体通道的路径内使开关气体回流，另一方面这些屏障可以机械地支承断路器灭弧单元的构件，以设计成紧凑的开关气体通道。例如这种屏障可用于将两个管段彼此相隔一个距离，从而实现开关气体通道规定的设计。此外，屏障可以与至少一个，尤其两个管段角向刚性地连接，所以管段彼此相对固定。所述屏障可以起断路器灭弧单元支承件的作用。 [0007] 例如通过管段的部分重叠可以实现开关气体一次（必要时也可以多次）转向180°，从而引起流动的开关气体沿开关气体通道变换方向。例如可以规定，管段相互同心排布，此时开关气体在中心沿轴向流入处于内部的管段，以及在沿径向偏转后并接着被围绕的管段限制，使开关气体重新沿轴向流动。因此通过不同的管段的互相套插，迫使形成开关气体通道的所谓迂曲。在这里，所述迂曲可以这样实现，亦即随着触头间隔距离的加大，附加地在开关气体通道的路径内连续或跃变式地增大开关气体通道的横截面。尤其在管段互相套插和同轴排布的情况下，这可以简单地通过增大那些（那个）围绕的管段的横截面进行。 [0008] 两个管段可互相例如沿它们的全长围绕。为了径向偏转，可以在外侧，优选地在端侧，在被围绕的管段内设置一些孔。然而也可以规定，这些管段互相仅部分重叠。在部分重叠的情况下，第一管段可以在第一管段自由端的区域内被第二管段围绕，为的是进行开关气体沿径向的偏转。例如可以规定，第一管段悬伸在第二管段中并被此第二管段围绕，其中，伸入第二管段内的第一管段的自由端设置为离挡壁有一定距离。开关气体可以从伸入第二管段内的第一管段的自由端朝挡壁流出，在那里沿径向偏转，以及在开关气体通道的一个通过这两个管段重叠形成的具有环形横截面的区段内（通过变换开关气体流的方向）改变流动方向。 [0009] 在这方面可以有利地规定，在两个管段之间的开关气体通道有环形横截面，其中，在第一管段内部以及在环形横截面内部的所述开关气体通道，从触头间隔到开关气体流出口的路径上，开关气体可以以相反的方向流过。 [0010] 通过重叠这两个管段，可以不仅在中心通过第一管段构成开关气体通道的边界，而且在两个管段互相的重叠区内形成具有环形横截面的开关气体通道。通过沿径向的偏转，可以完成从开关气体通道以第一管段为界的中心圆柱形区段，向开关气体通道限制在第一与第二管段之间环形区段的过渡。 [0011] 在这方面应有利地规定，开关气体通道有尽可能旋转对称的横截面。例如可以采用有圆形轮廓的管段，从而构成环形横截面，优选地圆环形横截面。这种旋转对称的结构有利于电介的形成以及也设计为有利于流动。若现在为了构成开关气体通道的一个区段利用互相按方位（azimutal）顺序围绕的管段，则提供一种方法，使开关气体能转向180°并能用相反的方向沿一条纵轴线流动，亦即多次沿一个轴向有限的范围流动。具有不同环形横截面的前后相继的管段可以互相围绕，此时应实施开关气体的一次，尤其多次转向180°。 [0012] 另一种有利的设计可以规定，至少一个这种屏障为带孔板。 [0013] 带孔板是一种具有许多通孔的零件，这些通孔赋予带孔板一种网格状结构。由此提供了可能性，使开关气体能流过通孔，并与此同时通过带孔板保留在通孔之间的连板（Stege），确保管段之间的机械稳定性。通过管段借助处在两个管段重叠区内部的屏障彼此连接，可以在开关气体通道的路径内部形成一个提高流动阻力的区域，以及通过选择带孔板的设计结构可以相宜地调整其对流动阻力的影响。此外，屏障除了其影响流动阻力的功能外，还具有在断路器灭弧单元内部的支承作用，以保证管段相互机械稳定地角向刚性连接。取代带孔板，以等效的方式也可以采用格栅或类似的设施。 [0014] 此外可有利地规定，在开关气体通道的具有环形横截面的一个区段内，装入至少一个用带孔板制成的环形盘作为屏障。 [0015] 用带孔板构成的环形盘可以方使地制成，并能在第一与第二管段之间配合准确地装入开关气体通道的具有环形横截面的一个区段内。因此例如提供了可能性，可以将第二管段齐平地贴靠在环形盘的外圆周上，而将第一管段齐平地贴靠在环形盘的内圆周上。因此不仅为第一而且为第二管段提供圆形的自身环形闭合的支承面，借助它们还可以在管段之间实现彼此角向刚性的连接。平的环形盘应优选地横向于，尤其垂直于开关气体的流动方向（纵轴线）定位在开关气体通道内部。由此提供了可能性，使开关气体尽可能垂直地流向并流过带孔板的通孔。 [0016] 另一种有利的扩展设计可以规定，第一和第二管段被第三管段围绕，从而在开关气体通道的路径内构成两个具有环形横截面的区段，在这些区段内分别设置至少一个屏障。 [0017] 采用第三管段使开关气体通道可以在三个管段之间延伸，这三个管段基本上彼此同轴定向并相互环绕，从而可以在开关气体通道的路径内实施开关气体至少两次转向180°。相应地，可以在开关气体通道每一个具有环形横截面的区段内设置一个屏障。有利地，也可以在一个具有大体相同环形横截面的区段内设置多个屏障。由此得到各管段的一种相互罐笼状的布局，此时，在各罐笼之间保持间距用于构成开关气体通道，从而同一个开关气体通道的一些区段按径向的顺序相互环绕。相应地，管段的数量可以改变，所以在增大径向尺寸的情况下几乎可以任意加大开关气体通道，与此同时轴向长度几乎保持常数。 [0018] 另一种有利的扩展设计可以规定，断路器灭弧单元被封闭式外壳包围。 [0019] 这种断路器灭弧单元是所述装置的组成部分，此外所述装置可以有封闭式外壳。封闭式外壳可以完全围绕断路器灭弧单元，所以此断路器灭弧单元被封闭式外壳完全包围。在这里，封闭式外壳可以设计为，能将断路器灭弧单元近旁的周围环境与围绕封闭式外壳的周围环境密封地隔离。封闭式外壳可以设计为压力容器。由此提供了可能性，为封闭式外壳充填绝缘流体，例如压力气体，目的是保证断路器灭弧单元的电的有源部分的电绝缘。这种断路器灭弧单元可例如电绝缘地支承在封闭式外壳上。此外还可以在封闭式外壳上设置相应的绝缘套管，以便将电的有源部分穿过封闭式外壳的壁引出，进入封闭式外壳的周围环境。这种绝缘套管可例如是所谓的户外绝缘套管。处于封闭式外壳内部的绝缘流体优选地可以是处于压力状态的六氟化硫、氮及包括这些气体的混合物，从而确保断路器灭弧单元的电绝缘。然而此外还可以规定，所述流体用于熄灭电弧。相应地，在开关过程中会出现电弧，电弧产生所谓的开关气体。这种开关气体可例如通过加热绝缘气体或通过材料、例如塑料的汽化产生。附图说明 [0020] 下面在附图中示意表示本发明的实施例并随后给予详细说明。 [0021] 附图表示通过具有断路器灭弧单元和封闭式外壳的装置剖开示出的剖面图。具体实施方式 [0022] 本装置有封闭式外壳1。在这里，封闭式外壳1设计为压力容器，它至少部分接通地电位。封闭式外壳1有基本上管状的结构，它在端侧分别用圆顶状罩盖封闭。封闭式外壳1有多个法兰，在图中示例性地表示其中一个法兰2。借助示例性表示的法兰2，例如在使用绝缘套管（未示出）的情况下，为了与断路器灭弧单元导电地触点接通，可以将相导体流体密封地和电绝缘地引入封闭式外壳1的内部。封闭式外壳1构成一个气密封闭的空间的边界，此空间充填电绝缘气体，在这里是六氟化硫。六氟化硫气体被高压地置入封闭式外壳1的内部。基于封闭式外壳1气密封闭的设计，在正常条件下几乎不可能发生绝缘气体偶尔的挥发。封闭式外壳导电的部分接通地电位。 [0023] 在封闭式外壳1的内部安装断路器灭弧单元。封闭式外壳1构成断路器灭弧单元周围环境的边界。断路器灭弧单元沿纵轴线3延伸。所述断路器灭弧单元有第一电弧触头4和第二电弧触头5。这两个电弧触头4、5配对成形并可沿纵轴线3彼此相对运动。在这两个电弧触头4、5之间构成触头间隔6。第二电弧触头5被绝缘材料喷嘴7围绕，后者朝第一电弧触头4的方向延伸。第一电弧触头4在如图所示的断开状态下部分伸入绝缘材料喷嘴7中。 [0024] 这两个电弧触头4、5分别配属第一额定电流触头8和第二额定电流触头9，其中第一电弧触头4与第一额定电流触头8以及以及第二电弧触头5与第二额定电流触头9互相持续导电地接触，所以互相配属的电弧触头与额定电流触头4、8；5、9始终导引相同的电位。这两个配对成形的额定电流触头8、9可沿纵轴线3彼此相对运动。在这里，这两个电弧触头4、5它们的相对运动与两个额定电流触头8、9的相对运动存在这样的同步关系，亦即在接通过程中电弧触头4、5在时间上先于额定电流触头8、9触点接通，而在断开过程中时间上后于额定电流触头8、9断开。由此通过电弧触头4、5保护额定电流触头8、9，防止被电弧烧蚀，因为电弧优选导向两个电弧触头4、5。 [0025] 在这里第一电弧触头4可附加地借助传动件10运动，所以不仅第一而且第二电弧触头4、5设置为总是以相反的方向沿纵轴线3移动。与之相反，在这两个额定电流触头8、9中只有第二额定电流触头9能沿纵轴线3运动，而第一额定电流触头8设置为相对于纵轴线3位置固定。 [0026] 第一电弧触头4被套管11围绕。套管11用于第一额定电流触头8的触点接通和定位。此外，套管11构成开关气体通道一个区段的边界，此时在开关过程中在触头间隔6内产生的开关气体，可以经过套管11从触头间隔6排出。套管11在这里同轴于纵轴线3布置，其中套管11过渡到第一管段12中。第一管段12基本上承接开关气体通道中通过套管11构成的这一区段的横截面，所以开关气体也能进一步顺着纵轴线3沿轴向导入第一管段 12内部。此外传动件10也伸入第一管段12内。 [0027] 第一管段12的背对触头间隔6的那一端被流动转向件13隔开距离地笼罩。流动转向件13与第二管段14连接，后者同轴于纵轴线3定向。流动转向件13在第二管段背对触头间隔6的那一端，在端侧封闭第二管段。第二管段14在外侧围绕第一管段12，所以第一管段12被第二管段14环绕，以及在第一与第二管段12、13之间的开关气体通道有一个具有环形横截面15的区段。第二管段14在其面朝触头间隔6的那一端悬伸到所述空间内，在这里第二管段14又被第三管段16围绕，从而在第二管段14与第三管段16之间，开关气体通道又有一个环形横截面17。这两个以第一管段12与第二管段14或以第二管段14与第三管段16为界的环形横截面15、17的区段彼此同轴并同轴于纵轴线3定向，其中在第二与第三管段14、16之间具有环形横截面17的开关气体通道区段，围绕具有环形横截面15的开关气体通道区段，这一区段设在第一管段12与第二管段14之间。 [0028] 第三管段16本身设计为用于第一电弧触头4以及第一额定电流触头8的支承件，以及用作将电流供给第一额定电流触头8和第一电弧触头4的相导体。 [0029] 第二管段14的朝触头间隔6方向悬伸的自由端被流动转向件隔开距离地覆盖，所以开关气体通道可以从在第一管段12与第二管段14之间具有环形横截面15的区段，过渡到开关气体通道在第二管段14与第三管段16之间具有环形横截面17的区段。流动转向件由第三管段16的一个朝纵轴线3方向径向伸入的环形凸肩构成，套管11或第一额定电流触头8齐平贴靠地支承在此凸肩上，并经由它造成通往第一额定电流触头8或第一电弧触头4的电流电路。 [0030] 此外，在第三管段16外侧设插座18。通过插座18，可以使例如借助户外绝缘套管经由示例性表示的法兰2插入的相导体，与第一额定电流触头8或第一电弧触头4触点接通。 [0031] 设在第二管段14与第三管段16之间具有环形横截面17的区段，在其背对触头间隔6的那一端设有轴向出口19。轴向出口19围绕纵轴线3尽可能对称分布，所以开关气体通道通过出口19与断路器灭弧单元的周围环境连通。断路器灭弧单元的周围环境被封闭式外壳1隔绝。开关气体可以沿纵轴线3的方向经由出口19流出，进入断路器灭弧单元的周围环境内。 [0032] 为了相对于封闭式外壳1来支承断路器灭弧单元，使用同轴于纵轴线3定向的空心截锥形支承绝缘子20。轴向出口19环形布设在支承绝缘子20外侧。 [0033] 将触头间隔6直至出口19与断路器灭弧单元的周围环境连通的开关气体通道，在其路径内有多个分别具有环形横截面15、17的区段。为了将各管段12、14、16尤其沿径向，但也沿轴向彼此固定，在开关气体通道的路径内设置多个屏障21a、21b、21c、21d、21e。这些屏障在开关气体通道的路径内彼此间隔距离地排布，其中每个屏障21a、21b、21c、21d、 21e在结构上设计为环形带孔板，它总是方位围绕一个管段，以及此管段本身被另一个管段方位围绕。通过不同的环形横截面15、17，使开关气体通道有不同的区段，这些区段通过屏障21a、21b、21c、21d、21e分割。相应地，在屏障21a、21b、21c、21d、21e处形成回流区，由此使通过开关气体通道流出的开关气体从触头间隔6朝出口19方向多次阻塞、涡流和重新膨胀。相应地沿开关气体通道使流动的开关气体形成波纹状回流，由此使开关气体特别有利地涡流和冷却。此外规定，每个屏障21a、21b、21c、21d、21e沿纵轴线3方向相对于其他屏障21a、21b、21c、21d、21e错开排布。通过屏障21a、21b、21c、21d、21e的所述错移，管段14、 15、16可以实施弹性变形。由此可以阻尼冲击或振动，从而不能直接在屏障21a、21b、21c、 21d、21e之间传递冲击。

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