专利名称：电气高压负荷断路器及其打开方法
电气高压负荷断路器及其打开方法
技术领域：
本发明属于气体绝缘的高压开关设备(GIS)的领域，尤其涉及负荷断路器，英语为“on-load disconnector”,其具有可动的第一接触元件和可动的第二接触元件。
将高压开关设备理解为配置用于IkV或者更高的额定电压、尤其是75kV或者更高的额定电压的开关设备。
负荷断路器分为两类，所谓的“bus-charging(母线充电型)”断路器和所谓的 “bus-transfer (母线传输型)”断路器。在“母线充电型”断路器的情况下电容性电流的中断是关注的中心，而“母线传输型”断路器针对在开关情况下出现的断路情况，其中从第一母线向第二母线的切换应该在额定工作状态下执行。既应该在“母线传输型”开关处理的情况下应用断路器，尤其是负荷断路器，也应该在“母线充电型”开关处理的情况下应用断路器，尤其是负荷断路器。
如果例如在具有双母线的气体绝缘的(GIS-)开关设备的情况下切换母线，则在标称工作状态(额定工作状态)下出现感生的电压和补偿电流，其需要(负荷)断路器的一定的断开线路。在额定工作状态下在给定的额定电压和给定的额定电流的情况下由所谓的耦合板(英语也称为“coupler bay”)决定，在打开负荷断路器时单单由于在两个母线之间构成的电流回路的阻抗而出现不可忽略的补偿电流。
在打开(负荷)断路器时在可动触头和固定触头之间产生电弧。此外根据开关情况产生具有非常高的频率(数量级为MHz)的瞬时过电压(VFT)，其对于开关设备所连接的装置可能有害。负荷断路器工作得越快，电弧火花出现得越少。因此力求实现能够以高的速度移动的可动电弧触头，以便接触或者离开固定的电弧触头。可动的电弧触头有时也称为瞬变电流触头(pbergangsstromkontakt)。在该电弧触头连接后可动的断路器触头和静止的断路器触头的持续电流触头(额定电流触头)可以立即在没有电弧火花从而无磨损的状态下彼此接近并且彼此电气连接。
在(负荷)断路器的情况下为分离或者连接母线使用的各个短路开关必须根据对于开关设备的要求也在该感生的电压和补偿电流存在的情况下能够重复可靠地且无磨损地开关。在气体绝缘的开关设备的情况下该感生的电压通常不超过20伏特。此时估计电流最大为额定电流的80%。在特别的情况下,其中母线或者开关装置(Schaltfelder)彼此相隔较远和/或根据耦合板的结构和数目，与一般用于(负荷)断路开关的相比，电流回路以及相应地还有感生的电压通常能够更大。在额定工作状态下该感生的电压能够例如在与自由空气设备组合的气体绝缘的开关装置的情况下根据开关设备例如可以上升直到300V。 因此对于(负荷)断路开关存在一种要求就是在较高的要求下也可靠地并且无磨损地开关。
为此目的，存在一些高压(负荷)断路器，它们具有固定触头和作为可动触头的断路管。在这些断路开关中在固定触头内集成随动触头，其能够承载电弧。在打开该开关时电弧可以在断路管和随动触头之间形成。通过将这样的断路器设计用于承载电弧，它们能够在一定的负荷下断开，例如在20V的电压和1600A的电流下。这样的断路器对于许多情况而言完全足够。但是还出现一些情况，其中希望在更高的负荷下也能够快速、可靠并且磨损少地断开。
从DE600 300 32T2中获知一种具有可快速移动的触头的气体绝缘的高压断路开关。该断路开关具有固定触头和可动触头。在可动触头内有由操作杆操作的活塞。在可动触头的各末端和活塞之间设置两个弹簧。此外提供两个联锁系统，以便在轴向上相对于活塞固定可动触头。由此能够与操作杆和活塞无关地移动可动触头。
从EP0348645A2中获知一种气体绝缘的开关设备，具有可进入配对触头内的触头。根据EP0348645A2，可以通过如下方式避免在接通和切断断路开关时小电流的通弧 (Durchziindungen):通过弹簧预加应力的快速夹紧销(Schnellspannstift)负责加速地进行接触和中断。因此在这种背景下建议根据权利要求1的电气高压断路器以及根据权利要求15的方法。另外有利说的方面从从属权利要求、下面的明和附图中可以看出。
根据本发明的第一方面，电气高压断路器包括沿分离轴线可动的第一接触元件， 具有在其上固定的第一锁止元件；沿分离轴线可动的第二接触元件，具有在其上固定的第二锁止元件；驱动系统，用于沿分离轴线在打开方向上移动第一接触元件，以便打开断路器；以及复位系统，用于逆着打开方向复位第二接触元件。如此设置第一锁止元件和第二锁止元件，使得得到下面的配置
在断路器闭合时第一锁止元件和第二锁止元件彼此锁止并且构成锁止连接。在第一接触元件在打开方向上移动的开始阶段期间锁止连接首先保持在相对于分离轴线的第一接触元件的第一位置区域内，使得第二接触元件由第一接触元件在打开方向上携带 (mitgenommen)。换句话说,在打开断路器时相对于分离轴线的第一接触元件的第一位置区域内锁止连接的附着力这样大，也就是说可如此保持，使得第二接触元件由第一接触元件在第一接触元件移动时在打开方向上携带。根据断路器的实施方式，附着力在断路器的工作状态下例如可以以磁方式或者通过适宜的几何结构(几何方式)或者组合地既以磁方式也以几何方式产生。
接着锁止连接在移动的分离阶段期间释放，使得第二接触元件由复位系统逆着打开方向返回，并且第二接触元件在第一接触元件的相对于分离轴线的第二位置区域内从第一接触元件断开。在下面不狭义地解释术语“锁止”，其中锁止需要具有可释放的、彼此锁止且相应形状配合地构造的锁止元件的机械式锁止装置。术语“锁止”在本发明中而是应该理解为，可动的第一接触元件相对于它的配对接触元件在分离轴线的方向上占据预先规定的位置，并且需要克服一定的抵抗值，以便又将可动的第一接触元件从“锁止状态即占据的“卡锁位置(Rastposition) ”取出。作为这种非机械式的备选方案的代表，这里例如提到磁性连接来替代，它的吸引力同样构成在本发明的意义上的力接合(kraftschliissig)的锁止连接，以便产生所述附着力。换句话说，在打开断路器的情况下，在它的工作状态下，在第一接触元件的相对分离轴线的与第一位置区域邻接的第二位置区域内可释放锁止连接的附着力，即可以以力的方式减小，使得第二接触元件由复位系统逆着打开方向返回/可返回，并且第二接触元件从第一接触元件断开/可断开。
断路器尤其可以是负荷断路器。
根据本发明的第二方面，建议一种用于在电气高压断路器的工作状态下打开它的方法。该高压断路器包括第一接触元件，具有在其上固定的第一锁止元件；驱动系统，用于在打开方向上沿分离轴线相对于第二接触元件移动第一可动接触元件，以便打开断路器；第二接触元件， 具有在其上固定的第二锁止元件；以及复位系统，用于逆着打开方向使第二接触元件复位。在本方法中首先闭合断路器，使得第一锁止元件和第二锁止元件彼此锁止并且构成锁止连接。该方法包括下面的过程或者方法步骤
-在打开方向上沿分离轴线通过相对于分离轴线的第一接触元件的第一位置区域移动第一接触元件；
-在打开方向上通过第一位置区域移动第一接触元件时保持锁止连接的附着力， 使得第二接触元件在第一接触元件移动时由第一接触元件在打开方向上携带；
-相对于分离轴线的第一接触元件的与第一位置区域邻接的第二位置区域内释放附着力；以及
-由复位系统逆着打开方向使第二接触元件返回，使得从第一接触元件断开第二接触元件。
本发明的断路器的优点在于，在断开电弧触头时能够迅速实现接触元件之间的高的相对速度。由此促进快速消除形成的电弧。其结果是，用本发明的断路器也能够在额定工作状态下、例如480kW的功率下重复迅速可靠地且磨损少地开关较大的负荷。
本发明的断路器基本上不同于在DE600 30 032T2中说明的断路器，因为在那里说明的断路器中仅说明在一个可动触头的部分之间的联锁系统，而固定触头根本没有联锁系统。相反，本发明的断路器的锁止元件允许接触元件之间的锁止连接，其在断路器打开的情况下位于分离部分(Trennstrecke)的不同的侧。在断路器的打开过程中，其中由于锁止连接一个接触件首先由另一个接触件而被携带，然后这些接触件通过释放该连接彼此断开并且彼此远离。由此能够实现两个接触件的特别高的相对加速度和相对速度。此外，在本发明的实施方式中，接触元件径向上彼此错开设置，并且在基本上径向上接触，也就是说关于断路器的轴线在径向上而非在轴向上。
下面根据在附图中表示的实施例说明本发明，从这些实施例得到另外的优点和变形。此外分别在示意的侧向横剖面图中示出
图1示出根据本发明的一个实施例的处于打开状态的高压断路器，
图2a示出图1的高压断路器处于闭合状态，
图2b示出在相对于分离轴线的第一接触元件的第一位置区域的末端的断开的开始阶段期间图1的高压断路器，
图2c示出在相对于分离轴线的第一接触元件的第二位置区域内的断开的分离阶段期间图1的高压断路器，
图3示出根据本发明的另一种实施方式在断开的开始阶段期间的高压断路器，
图4a和4b示出根据本发明的另一种实施方式的高压断路器的第一或者第二可动接触元件，
图5示出根据本发明的另一种实施方式的高压断路器的放大视图，其中可以看见第一和第二可动接触元件。
图1示出根据本发明的一种实施方式的高压断路器1，更确切说是高压负荷断路器。断路器I具有外壳2，外壳2限定一个内部容积4。该外壳可以是气密的，以便保持绝缘气体或真空和/或低压。另外断路器I具有第一固定触头10 (也称为第一位置固定的接触件10);断路管20，下面也称为可动的第一接触元件20 ;用于断路管20的驱动系统或者驱动机构30，以便在打开方向7上沿分离轴线相对于下面还要详细说明的第二接触元件 60移动断路管20，以便打开该断路器；以及第一锁止元件40。这些元件构成断路器的第一侧。此外断路器I具有第二固定触头50 (也称为第二位置固定的接触件50)、上面提到的可动地实施的第二接触元件60、锁止元件70和复位系统80。这些元件构成断路器的第二侧，该第二侧通过分离部分9与断路器的第一侧分离。该断路器具有断路器的轴线8。
相对于断路器外壳位置固定地设置第一固定触头10。可动的第一接触元件20例如通过滑动触头与第一固定触头10电气连接。该连接与可动的第一接触元件20的移动状态无关地存在。在可动的第一接触元件20的远端(也就是说在轴向上朝向分离部分或者朝向另一个、即第二接触元件设置的末端)固定第一锁止元件40。围绕断路器的轴线8基本上旋转对称地或者大多数旋转对称地设置第一接触元件20和/或第一固定触头10。第一接触元件20和/或第一固定触头10尤其可以具有柱形的段。
可动的第一接触元件20可以沿与断路器的轴线8 一致的分离轴线移动。为引导该移动，可动的第二接触元件60通过例如沿分离轴线延伸的轨或者导杆的引导系统支撑。 为驱动可动的第一接触元件20的移动，驱动机构30具有心轴(Spindel) 31，心轴31沿断路器的轴线8延伸并且可围绕该轴线转动。为转动心轴31而提供电动机和/或手摇柄(未图示)。在可动的第一接触元件20上固定的携带件如此与心轴共同作用，使得心轴31围绕断路器的轴线8的转动被变换为可动的第一接触元件20沿断路器的轴线8的纵向移动。
同样相对于断路器外壳位置固定地设置第二固定触头50。可动的第二接触元件 60可沿与断路器的轴线8 一致的分离轴线移动。为引导该移动，可动的第二接触元件60通过例如沿分离轴线延伸的轨或者导杆的引导系统支撑。复位系统80由复位弹簧构成，该复位弹簧的一端与外壳2连接，另一端与可动的第二接触元件60连接。由此复位弹簧80能够拉可动的第二接触元件60使之离开第一固定触头10。复位弹簧80例如是同轴地围绕与断路器的外壳刚性连接的轴设置的螺旋弹簧。根据本发明的一般的方面，复位弹簧80例如可以是在外壳2内在接触元件上作用的唯一弹簧。在外壳2的内部容积内，另外设置阻尼元件(未图示)，以便阻尼复位弹簧80的复位移动。尤其是设置阻尼元件，以便阻尼第二接触元件60逆着打开方向7的复位移动。阻尼元件可以是无油的，以便减少外壳2的内部空间的污染，并且例如包括环形弹簧。此外提供止动器，其限制可动的第二接触元件60逆着打开 方向的移动。另外的止动器还可以限制可动的第一和/或第二接触元件20、60的另外的移动。
可动的第二接触元件60例如通过滑动触头(未图示)与第二固定触头50电气连接。在可动的第二接触元件60的远端(也就是说在轴向上朝向分离部分或者朝向另一个、 即第一接触元件设置的末端)固定第二锁止元件70。围绕断路器的轴线8基本上旋转对称地设置第二接触元件60和/或第二固定触头50。第二接触元件60和/或第二固定触头 50尤其可以具有柱形的段。第二接触元件60也可以作为郁金香式触头(Kontakt-Tulpe) 构成。
如此设计第一锁止元件40和第二锁止元件70，使得当它们靠近时彼此锁止。在锁止状态下锁止元件40和70彼此以机械方式连接。该锁止状态可重新释放。根据本发明的一个一般的方面，当以超过边界值的相对力在分离轴线的方向上把锁止元件40和70拉开并且超过锁止连接的附着力(附着作用)时，锁止状态被释放。锁止元件40和70的该特性例如可以通过机械式扣合(Einschnappen)实现,如参考图4a到5在后面将要详细说明的那样。作为备选方案，也可以提供磁性锁止元件。因此根据本发明的一个一般的方面，第一锁止元件和第二锁止元件40和70包括相应的磁体。
根据本发明的备选的一般的方面，锁止状态通过外部的作用释放。例如可以通过可以选择地接通和断开的电磁体实现锁止连接。根据该方面，锁止连接通过关断电磁体释放，使得在第一锁止元件和第二锁止元件40和70之间的附着力被释放，锁止连接40、70被释放。锁止连接也可以通过螺栓实现，将螺栓安装在两个可动的接触元件之一上，并且可移入另一个可动的接触元件中的孔内以及从该孔中移出。根据该方面，锁止连接通过把螺栓从孔中移出而释放。
根据本发明的一个一般的方面，在断路器闭合时第一接触元件20和第二接触元件60彼此电气连接；在断路器打开时第一接触元件20和第二接触元件60彼此电气分离。
通过可动的第一接触元件20的纵向移动可以有选择地把断路器打开或者闭合。 图1中示出处于打开状态的断路器。这里可动的第一接触元件20向左移动。因此该向左的方向也称为打开方向。由此，它与第一固定触头10电气连接，而通过分离部分9与第二固定触头50分离。
图2a中表示断路器处于闭合状态。这里可动的第一接触元件20向右移动(也就是逆着打开方向)，使得可动的第一接触元件20接触第二固定触头50。由此它不仅与第一固定触头10电气连接，而且也与第二固定触头50电气连接，因此在断路器的第一侧和第二侧之间建立桥接分离部分9的电气连接，其闭合断路器。根据本发明的一个一般方面，可动的第一接触元件20可如此逆着打开方向移动，使得它与第二固定触头50形成电气连接 (例如通过滑动触头)。
总之，亦即第一接触元件和第二接触元件20和60，从而还有第一固定触头和第二固定触头10和50，在断路器闭合时彼此电气连接，在断路器打开时通过分离部分9彼此分离。第二固定触头50在断路器闭合时承载通过断路器流动的电流的主要部分。相反，可动的第二接触元件60仅承载较少的或者甚至可忽略的电流。
此外，如在图2a中可见，在闭合的开关状态下第一锁止元件40移动到第二锁止元件70附近，使得两个锁止元件40、70彼此锁止并且建立锁止连接。这意味着，在第一锁止元件40 (与第一可动接触元件一起)移动时携带第二锁止元件70 (从而还有第二可动接触元件50)，这是因为第一锁止元件40和第二锁止元件70附着到彼此。
为打开断路器，朝向第一位置固定的接触件10在打开方向上移动第一接触元件 20。打开方向在图2b中通过箭头7表示。在图2b中示出第一接触元件20在打开方向7 上的移动的开始阶段期间的断路器。第一锁止元件40和第二锁止元件70之间的锁止连接首先保持在相对于分离轴线的第一接触元件20的第一位置区域44内，使得可动的第二接触元件60由可动的第一接触元件20在打开方向7上携带。这里，术语“第一位置区域44” 理解为在断路器的轴线8的方向上延伸的位置区域，其在复位弹簧80的方向上在断路器的闭合的位置以第一锁止元件40和 第二锁止元件70的位置为界。在位置固定的接触件10 的方向上第一位置区域以与其相邻的第二位置区域46为界。
通过可动的第一接触元件20的移动，它到第二固定触头50的连接被中断，而它到可动的第二接触元件60的连接由于锁止元件40和70的锁止连接继续保持。在可动的第一接触元件20和第二固定触头50之间的连接断开时，迄今由固定触头50承载的电流在断路器打开时换接到可动的第二接触元件60上，从而避免了电弧。
可动的第二接触元件60的移动抵抗复位弹簧80的力进行，后者逆着打开方向7 拉可动的第二接触元件60。在携带时传输相对的力，即在第一锁止元件40和第二锁止元件 70之间的附着力，也就是说，抵抗复位弹簧80的力以及抵抗自己的惯性如此加速第二接触元件60使得该第二接触元件60被携带所需要的力。因为复位弹簧80随着第二接触元件 60逆着打开方向7的偏移增大越来越被强烈地张紧，所以该相对的力同样越来越大。
如果该相对的力(附着力)现在超过一个规定的边界值，则在第一锁止元件40和第二锁止元件70之间的锁止连接释放。在断路器打开时，相对于分离轴线的第一接触元件 20的第二位置区域46内锁止连接40、70的附着力可释放/可减小，第二位置区域46与第一位置区域44邻接。像第一位置区域44 一样，第二位置区域46也在断路器的轴线8的方向上延伸。第二位置区域在一侧以第一位置区域44为界，而它在它的相对侧以通过第一锁止元件40和第二锁止元件70的地方的一个相对位置为界，它们先前的锁止连接现在在其中被消除/释放。通过该释放开始图2c中示出的移动的分离阶段，其中由复位系统80使第二接触元件60逆着打开方向7返回，并且第二接触元件60与第一接触元件20分离。
在图2b和图2c中根据第一锁止元件40的指向复位弹簧80的方向上的端面表示第一位置区域44和第二位置区域46。
在分离阶段结束后又使第二接触元件60返回到它的出发位置，出发位置在图1中表不。
在图2c中表示的分离阶段期间，在这些接触元件20、60之间能够形成电弧(未图示)。为此目的给接触元件20和/或60提供相应的烧损段(Abbrand-Abschnitten)(未图示)，用以在分离阶段期间和/或之后承载在它们之间形成的电弧。这样的烧损段的示例是在图5中表示的烧损环。因为可动接触元件20和60在分离阶段期间非常快地彼此离开移动，所以该电弧能够迅速而且可靠地被消除，由此触头仅出现微小的烧损。由此能够在 300V的电压下开关约1600A的电流。这表示本发明的一个一般的方面，即该断路器被设计用于开关至少1600A的电流和至少300V的电压。
在图1到2c的实施方式中说明的、本发明的下述一般的、彼此独立的方面有助于可动接触元件彼此迅速地离开在断路器的两侧上设置可动接触元件，它们在分离阶段期间在相反的方向上彼此离开。由此能够实现高的相对移动，而不必由可动接触元件吸收随速度平方式增加的过大的动能。此外，在可动的第一接触元件已经加速到相当大的速度 (例如大于最大速度的30%甚或大于50%)之后才开始从彼此松开可动接触元件。由此保证，当可动的第一接触元件起初的加速已经发生才在那时实现分离。该起初的加速例如可以根据附着力而稍微放慢进行，因此电弧的消除延迟。此外，对可动的第二接触元件执行反向移动。由此能够实现可动接触元件之间高的相对速度，而不必由第二可动接触元件吸收随速度平方式增加的过大的动能。此外，第二可动接触元件具有的移动质量(die bewegte Masse)比第一可动接触元件的移动质量小。由此能够在分离阶段期间实现第二可动接触元件的高的加速度。此外，在移动的开始阶段期间张紧复位弹簧，在移动的分离阶段期间复位弹簧逆着打开方向拉第二可动接触元件。由此复位弹簧可以存储来自驱动系统的能量，并且接着在短的时间内与消除电弧有关的时间段内提供该能量用于加速第二可动接触元件。
在图1到2c中表示的断路器中第一锁止元件40径向地设置在第二锁止元件70 的外部，使得在锁止连接中第二锁止元件70径向地在外部靠在第一锁止元件40上，如图2b 所示。因此第一锁止元件40指向内，第二锁止元件70指向外。
图3示出一种备选的实施方式，其中在锁止连接中第二锁止元件70在断路器的轴线8的方向上靠在第一锁止元件40旁边。这里同样可以例如通过锁止元件的磁的或者机械的特性在锁止元件70之间建立锁止连接。
图4a和4b示出根据本发明的一种实施方式的高压断路器的第一可动接触元件 20，具有在其上固定的锁止元件40，以及第二锁止元件70。这些锁止元件40和70例如可以在图1到2c的高压断路器中使用。
在图4a和4b中表示的锁止元件40和70为了彼此以机械方式接合而构造如下第一锁止元件40 (参见图4a)具有径向向内(朝向断路器的轴线)的突起42。该突起42在它的朝向打开方向的侧(图4a中的左侧)上包括朝向打开方向倾斜的第一近表面段42b， 在它的远离打开方向朝向的侧(图4a中的右侧)上包括从打开方向离开倾斜的第一远表面段42a。所谓“远”和“近”在这里指相比近表面段42b，远表面段42a设置成在轴向上更接近分离部分或者接近另一个(第二)接触元件。这两个表面段42a和42b从侧面限定突起42的近似平坦的中心段。第一锁止元件40或者突起42基本上刚性地固定在第一可动接触元件20上。表面段42b构造为烧损段且具有类似于在图5中表示的烧损段的功能。第二锁止元件70 (参见图4b)具有相反的锁止头(Einrast-Kopf)，其构造为径向朝向外(从断路器的轴线离开)的突起72。该突起72在它的朝向打开方向的侧(图4b中的左侧)上包括朝向打开方向倾斜的第二远表面段72a，在它的从打开方向离开的侧(图 4b中的右侧)上包括从打开方向离开倾斜的第二近表面段72b。再次，相比近表面段72b， 远表面段72a设置成在轴向上更接近分离部分或者更接近另一个(第一)接触元件。这两个表面段72a、72b从侧面限定突起72。突起72通过弹性元件、这里是弯曲弹簧78，在第二可动接触元件60 (图4b中未图示)上被支撑。第二锁止元件(70)与弹性元件(78) —件式地构造。通过弹性元件78径向向外、也就是说在接合方向上按压第二锁止元件70。为释放锁止连接，第二锁止元件70可径向向内、也就是说逆着接合方向移动。
此外，第二锁止元件70具有轴向突起78a，在一个阻动件内径向设置轴向突起 78a。该阻动件在图4b中未表示，但是类似于图5的元件62的阻动件设置。该阻动件为第二锁止元件70的径向偏移提供止动器并且限定第二锁止元件70径向向外的最大偏移，从而阻止越过该最大偏移的偏离。
径向地将第一锁止元件40设置在第二锁止元件70外部，如其在图1到2c中所示。 由此第一锁止元件40的突起42朝向第二锁止元件70突出，并且第二锁止元件70的突起 72朝向第一锁止元件40突出。如此设置锁止元件40和70，使得突起42和72在径向上重叠。
通过使第一锁止元件40逆着打开方向、也就是说向右经过第二锁止元件70，使得第一锁止元件40抵抗弹性元件78的力在断路器的轴线的方向上按压第二锁止元件70，锁止元件40和70彼此锁止。该锁止在如下状态下进行，其中第二可动接触元件紧靠，因此不能继续逆着打开方向、也就是说不能继续向右移动。因为第二远表面段72a朝向打开方向倾斜，所以该锁止能够平缓地并且磨损少地进行。对此有利地-但不是一定必要的-远表面段42a和72a的倾斜度彼此对应。
在止锁后弹性元件72又向上(在接合方向上)按压第二锁止元件，使得近表面段 42b和72b彼此相靠并且彼此接合。如果现在可动的第一接触元件20在打开方向上(向左)移动，则在第一位置区域44内的该移动通过近表面段42a和72a的接触部传递到第二锁止元件70从而传递到可动的第二接触元件50。
正如在上面已经详细说明的那样，当逆着打开方向以超过阈值的力相对可动的第一接触元件20或者第一锁止元件40拉可动的第二接触元件50或者第二锁止元件70时,构成附着力的接合释放，从而锁止连接释放。在这种情况下，通过表面段42b和72b的倾斜， 该力抵抗弹性元件78的弹簧力在断路器的轴线的方向上(逆着接合方向)按压第二锁止元件70，直到远表面段42a超过由远表面段72a和近表面段72b构成的顶点，使得锁止连接释放，并且经过第一锁止元件40上逆着打开方向从第一锁止元件40拉开第二锁止元件 70。
近表面段42b和72b的倾斜度彼此对应，并且如此与弹性元件78的弹性常数匹配，使得当应该在第二位置区域46内的分离阶段开始时达到附着力的阈值。
如此选择第二远表面段72a的倾斜度，使得尽可能迅速地从表面段72a把电弧引开。为此，表面段72a的平缓的(具有相对于断路器的轴线的小角度)倾斜是有利的。根据本发明的一个一般的方面，第二远表面段和第二近表面段72a、72b具有彼此不同的倾斜度。尤其是，第二远表面段72a的倾斜度可以比第二近表面段72b的倾斜度平缓。
根据本发明的另一个方面，第二近表面段72b设置成在轴向上离开第二锁止元件 70的朝向打开方向的末端大于1cm。由此保证，在锁止连接释放后还提供第一锁止元件40 可以沿其滑动的第二锁止元件70的长度。该长度允许在锁止元件40和70分离前，即第一锁止元件40从第二锁止元件70的朝向打开方向的末端离开前，相对于第一锁止元件40加速第二锁止元件70。由此能够在分离的时刻达到相当大的相对速度，其促进电弧的迅速消除。
图5示出根据本发明的另一种实施方式的断路器的一个放大视图。在图5中可以看到第一可动接触元件和第二可动接触元件20和60，以及第一锁止元件和第二锁止元件 40和70。锁止元件40和70相应于图4a和4b中表示的元件，并且图4a和4b的说明也适用于图5。在图5中表示这些元件40和70处于锁止状态。与图4b不同，在图5中弹性元件78不是用弯曲弹簧而是用板式弹簧(Blattfeder)实现。
此外在图5中提供第二接触元件的烧损段62。根据本发明的一个一般的方面，在第二接触元件60的轴向(远)端设置这样的烧损段62，例如在轴向上与第二锁止元件70 相邻。如图5所示，该烧损段尤其可以构造为至少部分地在轴向上覆盖第二接触元件60和 /或第二锁止元件70的罩。此外，通过表面段42a限定第一接触元件的烧损段。该烧损段 42a与第一锁止元件40 —件式地构造 。设置烧损段62和42a，以便在分离阶段期间和/或之后承载在其间构成的电弧。第二接触元件60的烧损段62设置成与第二锁止元件70相邻，更确切说，设置成与第二远表面段72a相邻。此外，烧损段62构成上面参考图4a说明的阻动器。
类似于图2a_2b，在图4和5中说明的实施方式中也各具有第一位置区域44和第二位置区域46。在复位元件80的方向上通过第一锁止元件40相对于第二锁止元件70的位置在断路器闭合的情况下限定第一位置区域44。此时倾斜的表面段42b和72b朝向彼此。在位置固定的接触件10的方向上，第一位置区域44以一个与其相邻的第二位置区域 46为界。第一位置区域44相对于第二位置区域 46的边界位于第一锁止元件40的远表面段42a离开由第二锁止元件70的远表面段 72a和近表面段 72b构成的顶点的地方，使得通过弹簧元件78产生的附着力的作用在第一锁止元件40和第二锁止元件70之间被消除。
示例性地根据保护气体断路器说明本发明。然而它也适合于其他用于高压应用和中压应用的断路器，尤其是变电站的断路器，例如用于真空断路开关、自吹功率断路开关(S elbstbIasLeistungstrennschalter)等等。
权利要求
1.电气高压断路器(1)，包括-沿分离轴线可动的第一接触元件(20)，具有在其上固定的第一锁止元件(40)；-沿所述分离轴线可动的第二接触元件(60)，具有在其上固定的第二锁止元件(70)；-驱动系统(30)，用于沿分离轴线相对于所述第二接触元件(60)在打开方向(7)上移动第一可动接触元件(20)，以便打开所述断路器；以及-复位系统(80)，用于逆着所述打开方向复位所述第二接触元件(60)，其中，-在断路器闭合时所述第一锁止元件(40)和所述第二锁止元件(70)彼此锁止并且构成锁止连接，以及-在所述断路器打开时相对于分离轴线的所述第一接触元件(20)的第一位置区域 (44)内所述锁止连接的附着力大到使得当在所述打开方向上移动所述第一接触元件(20) 时所述第二接触元件￠0)由所述第一接触元件(20)携带，以及-在所述断路器打开时相对于分离轴线的所述第一接触元件(20)的与所述第一位置区域(44)邻接的第二位置区域(46)内所述锁止连接的附着力可释放，使得由所述复位系统(80)逆着所述打开方向使所述第二接触元件￠0)返回并且所述第二接触元件￠0)与所述第一接触元件(20)分离。
2.根据上述权利要求之一所述的电气高压断路器(I)，还包括固定触头(50)，所述固定触头(50)用于接触所述第一接触元件(20)，以便闭合所述断路器。
3.根据上述权利要求之一所述的电气高压断路器(1)，其中，所述第一接触元件和所述第二接触元件(20、60)具有相应的烧损段(42a、62)，所述烧损段(42a、62)设置用于承载可在其间形成的电弧。
4.根据上述权利要求之一所述的电气高压断路器(I)，其中，所述复位系统(80)包括复位弹簧。
5.根据权利要求4所述的电气高压断路器(I)，其中，在打开所述断路器时，相对于分离轴线的所述第一接触元件(20)的第二位置区域内所述锁止连接的附着力可以通过如下方式释放所述复位系统(80)的、在所述分离轴线的方向上作用的力分量超过所述附着力在所述分离轴线的方向上作用的力分量。
6.根据上述权利要求之一所述的电气高压断路器(I)，还具有气密的外壳(2)，其中， 所述复位系统(80)具有在该外壳的内部容积内设置的阻尼元件。
7.根据上述权利要求之一所述的电气高压断路器(I)，其中，围绕所述断路器的轴线 (8)基本上旋转对称地设置所述第一接触元件和所述第二接触元件(20、60)。
8.根据上述权利要求之一所述的电气高压断路器(I)，其中，所述第一锁止元件和所述第二锁止元件(40、70)构造用于彼此以机械方式接合。
9.根据权利要求8所述的电气高压断路器(I)，其中，所述第二锁止元件(70)在锁止区域内具有多个弹性元件(78)，在锁止时可对于分离轴线径向地朝向所述第一锁止元件 (40)移动所述弹性元件(78)，并且为了释放所述锁止连接可抵抗所述弹性元件(78)的弹簧力对于所述分离轴线径向地从所述第一锁止元件(40)离开地移动所述弹性元件(78)。
10.根据权利要求9所述的电气高压断路器(I)，其中，所述第二锁止元件(70)在锁止区域内以弹簧夹头方式构造，其中所述弹性元件(78)与在圆周方向上环绕的本体一件式地构造D
11.根据权利要求8到10之一所述的电气高压断路器(1)，其中所述第一锁止元件(40)构造为关于所述断路器的轴线(8)径向地朝向所述第二锁止元件(70)突出的突起，并且具有从所述打开方向(7)离开倾斜的第一远表面段(42a)和朝向所述打开方向(7)倾斜的第一近表面段(42b)，其中，相比所述第一近表面段(42b)，在断路器打开时在轴向上更靠近所述第二接触元件￠0)地设置所述第一远表面段(42a)，以及其中所述第二锁止元件(70)构造为关于所述轴线(8)径向地朝向所述第一锁止元件(40) 突出的突起，并且具有朝向所述打开方向(7)倾斜的第二远表面段(72a)和从所述打开方向(7)离开倾斜的第二近表面段(72b)，其中，相比所述第二近表面段(72b)，在断路器打开时在轴向上更接近所述第一接触元件(20)地设置所述第二远表面段(72a)。
12.根据权利要求11所述的电气高压断路器(I)，其中，所述第二远表面段(72a)和所述第二近表面段(72b)具有彼此不同的倾斜度，例如所述第二近表面段(72b)的倾斜度比所述第二远表面段(72a)的倾斜度大。
13.根据上述权利要求之一所述的电气高压断路器(I)，其中，所述第一接触元件(20) 和所述第二接触元件(60)关于所述断路器的轴线(8)在径向上彼此错开，尤其是相比所述第二接触元件￠0)在径向上进一步向外地设置所述第一接触元件(20)，并且所述第一锁止元件(40)径向指向内，所述第二锁止元件(70)径向指向外。
14.根据上述权利要求之一所述的电气高压断路器(I)，其中，所述第一锁止元件和所述第二锁止元件(40、70)包括相应的磁体。
15.根据权利要求14所述的电气高压断路器(I)，其中，在打开所述断路器时，相对于分离轴线的所述第一接触元件(20)的所述第二位置区域内所述锁止连接的附着力通过关断所述磁体之一来释放。
16.根据上述权利要求之一所述的电气高压断路器(I)，还具有在所述第二接触件 (60)的在打开断路器的情况下朝向所述第一接触件(20)的远端上设置的烧损段(62)。
17.用于打开电气高压断路器(I)的方法，该高压断路器包括-第一接触元件(20)，具有在其上固定的第一锁止元件(40)；-驱动系统(30)，用于沿分离轴线相对于所述第二接触元件(60)在打开方向(7)上移动所述第一可动接触元件(20)，以便打开所述断路器；-第二接触元件(60)，具有在其上固定的第二锁止元件(70);和 -复位系统(80)，用于逆着所述打开方向复位所述第二接触元件(60)，其中，首先闭合所述断路器(I)，使得所述第一锁止元件(40)和所述第二锁止元件(70)彼此锁止并且构成锁止连接，其中该方法包括下述步骤-沿分离轴线(8)在打开方向(7)上移动所述第一接触元件(20)通过相对于分离轴线的所述第一接触元件(20)的第一位置区域(44)，-当在所述打开方向上移动所述第一接触元件(20)通过所述第一位置区域(44)时保持所述锁止连接的附着力，使得当在所述打开方向上移动所述第一接触元件(20)时所述第二接触元件￠0)由所述第一接触元件(20)携带，以及-相对于分离轴线的所述第一接触元件(20)的与所述第一位置区域(44)邻接的第二位置区域(46)内释放所述附着力，以及-由所述复位系统(80)逆着所述打开方向使所述第二接触元件￠0)返回，使得所述第二接触元件￠0)与所述第一接触元件(20)分 离。
全文摘要
电气高压断路器包括沿分离轴线可动的第一接触元件，具有在其上固定的第一锁止元件；驱动系统，用于沿分离轴线在打开方向上移动第一可动接触元件，以便打开断路器；沿分离轴线可动的第二接触元件，具有在其上固定的第二锁止元件；和复位系统，用于逆着打开方向复位第二接触元件。设置第一和第二锁止元件，使得在断路器闭合时第一和第二锁止元件处于彼此锁止连接，并且在第一接触元件在打开方向上移动的开始阶段期间该锁止连接首先保持，使得第二接触元件由第一接触元件在打开方向上携带，然后，在移动的分离阶段期间释放锁止连接，使得由复位系统逆着打开方向使第二接触元件返回，且第二接触元件与第一接触元件分离。
文档编号H01H33/40GK103035439SQ20121032725
公开日2013年4月10日 申请日期2012年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者C·西根塔勒, M·凯勒, M·贝施, U·克吕西, R·卡尔韦特 申请人:Abb技术有限公司