本发明涉及一种开关装置，例如用于中压、高压或超高压输电线路的断路器，其使用不存在环境风险或存在很小环境风险的介电气体。
取代六氟化硫(sf6)的介电气体呈现出与六氟化硫的行为不同的行为，特别是关于气体流动。这意味着需要调整开关装置以适应所使用的气体。
背景技术：
由于六氟化硫(sf6)的电气绝缘和电弧控制的特性，六氟化硫是一种在开关装置中长期使用的气体。
但是，如果六氟化硫被释放到空气中，那么这种化学品具有生态风险，因为它是一种烈性的温室气体。
作为这种化学品的替代品，已经提出建议使用包括以下气体中的至少一种的气体混合物：氟腈、二氧化碳(co2)、氧气(o2)或氮气(n2)。
文献fr3011138和fr1456584描述了在电弧喷射断路器中使用氟腈。
在电弧喷射类型的断路器中，气体混合物在断路器断开期间被压缩，并且在断路器的两个电触头之间形成的电弧处被喷射，以便当电流过零时中断电流。
与这种气体混合物相关的断路器的结构相对于与包含sf6的混合物相关的断路器进行了修改。
在断路器结构中的这些修改尤其涉及喷气嘴，而且断路器具有喷嘴快速磨损的结果，因此断路器遭受性能损失。
本发明的目的是提出一种开关装置，该装置使用不包含六氟化硫(sf6)的介电气体混合物而不会导致电弧控制装置遭受性能损失。
技术实现要素：
本发明提供了一种中压或高压气体绝缘开关装置，包括：
填充有介电气体的密封外壳，所述气体包含氟腈、二氧化碳、氮气或氧气中的至少一种；
至少两个电触头，该电触头围绕外壳的主轴线同轴地排列，该触头中的至少一个在外壳中在两个触头彼此电接触的闭合位置和触头彼此间隔开的开放位置之间沿轴向能移动；以及
电弧控制机构，用于在所述至少一个能移动触头从闭合位置向开放位置移动期间熄灭在两个触头之间形成的电弧；
该开关装置的特征在于，电弧控制机构是旋转电弧式的。
使用旋转电弧原理熄灭电弧的优点是不受低电流的绝缘混合物流动的影响，延伸直到分断能力的大约10％。事实上，在电弧控制机构产生的磁场的作用下，电弧的旋转导致电弧冷却以及然后熄灭。对于更高的电流，即大于分断能力的10％，通过旋转熄灭电弧由压力下气体流的流动来补充。
然而，与现有技术的用于喷射电弧的自喷射装置不同，在这种实施例中，对介电气体的通道进行限定的部件的表面不被连续的电弧控制周期所磨损。
优选地，氟腈在总混合物中的体积比例在0％至20％的范围内。
优选地，氟腈是七氟异丁腈。
优选地，氧气(o2)的体积比例可以在0％至25％的范围内。
优选地，二氧化碳(co2)或氮气(n2)在总混合物中的体积比例被限定以提供填充的平衡。
优选地，二氧化碳(co2)或氮气(n2)在总混合物中的体积比例为混合物总压力的55％至100％。
附图说明
通过阅读下面参照唯一的附图可以更好地理解的具体实施方式，可以看出本发明的其它特征和优点，该附图是本发明的开关装置的示意性轴向截面图。
具体实施方式
唯一的附图示出了气体绝缘断路器10，该气体绝缘断路器包括其中容纳有电弧控制机构14的外壳12。
壳体12是以其主轴线a为中心的旋转体，并且限定了以主轴线a为中心的圆柱形内部体积。
电弧控制机构14包括固定电弧触头16和可移动电弧触头20，固定电弧触头16安装在固定触头载体18的端部或壁18a上，可移动电弧触头20安装在可移动触头载体22的端部或壁22a上。
固定触头载体18和可移动触头载体22具有各自的外表面，每个外表面具有圆柱形形状的部分，该部分与外壳12的内部体积同轴并互补。
在变型实施例中，除了示出的电弧触头16、20之外，电弧控制机构还包括两个永久触头，这两个永久触头当电弧控制机构14处于闭合位置时是彼此电连接的以及在电弧触头16、20分开之前是彼此分离的，以使得永久触头之间不形成电弧。
在又一变型实施例中，电弧控制机构还包括第三触头。
该第三触头用作永久触头，并且通过改变电流的跟踪在开放电弧控制机构的阶段期间引入附加的切换。
因此，最初时，电流首先直接从永久触头流向相对触头，随后电流从电弧触头流向相对触头。
电弧控制机构14还包括由绝缘材料制成的管24，该管连接到固定触头载体18的壁18a和可移动触头载体22的壁22a。
绝缘管24与断路器10的主轴线a在同一轴上，并且绝缘管24以气密的方式与每个触头载体18、22连接。
举例来说，绝缘管24由从以下材料中选择的材料制成：pps(聚苯硫醚)、peek(聚醚醚酮)、ptfe(聚四氟乙烯)、玻璃陶瓷
与触头18、22一起，管24限定了自动膨胀室26(也称为热容量)，电弧触头16、20相互面对地容纳在其中。
在变型实施例中，自动膨胀室26通过连通孔(未示出)径向开放，该连通孔通过固定触头载体18和/或可移动触头载体22中的非限制性示例来形成。
固定电弧触头16包括管状体28，该管状体与壳体12的主轴线a处于同一轴线上，并且限定了轴向通道30，该轴向通道将自动膨胀室26连接到放电室32，该放电室由固定触头载体18的一部分限定。
在变型中，固定电弧触头16可以包括阀34，阀用于防止存在于放电室32中的气体重新进入自动膨胀室26。
固定电弧触头16还包括面向可移动电弧触头20的环形头部36，其外径大于主体28的直径。头部36的中心孔具有与主体28的轴向通道30相同的直径。
应该理解的是，本发明不限于该实施例，并且环形头部36的外径可以等于或小于主体28的直径。然后，头部36的中心孔的直径将小于主体28的轴向通道30的直径。
固定电弧触头20还包括管状体38，该管状体与壳体12的主轴线a处于同一轴线上，并且该管状体限定了轴向通道40，该轴向通道将自动膨胀室26连接到第二放电室42，该第二放电室由固定触头载体22的一部分限定。在变型中，固定电弧触头16还可以包括用于防止存在于放电室42中的气体重新进入自动膨胀室26的阀44。
可移动电弧触头20还包括面向可移动电弧触头20的环形头部46，其外径大于主体38的直径。头部46的中心孔具有与本体38的轴向通道40相同的直径。
应该理解的是，本发明不限于该实施例，并且头部46的外径可以等于或小于主体38的直径。然后，头部46的中心孔的直径将小于主体38的轴向通道40的直径。
每个触头16、20的头部36、46包括一个或多个槽50。
优选地，每个槽36相对于装置的轴线a是倾斜的。优选地，每个槽50因此被引导以迫使电流沿非轴向的方向通过，在该示例中，与触头16、20的面对的覆盖端面稍微成一定角度并且向外。
这些槽50的定位使得在电弧控制机构14开放时，穿过触头16、20的电流产生具有径向分量的磁场。该磁场在电弧上产生圆周力，该圆周力也在两个触头16、20的相对面之间形成。
然后，电弧被迫围绕装置的主轴线a转动，这有助于装置喷射。
应该理解，本发明不限于用于产生磁场的装置的该实施例。
通过非限制性示例，头部36、46中的一个和/或另一个包括比特尔线圈以便产生磁场。
壳体12、自动膨胀室26和放电室32、42的内部容积填充介电气体，当触头16和20处于完全开放位置(对应于断路器的开放位置)时，该介电气体确保电绝缘。
这种介电气体还使得促进电弧喷射成为可能，由于电弧的热量，存在于自动膨胀室26中的气体膨胀并且然后朝着放电室32、42逸出，需要时喷射电弧并穿过连通孔。
该介电气体由多种气体的混合物组成，所述气体包括氟代腈(例如七氟异丁腈)、二氧化碳、氮气或氧气。
七氟异丁腈在混合物中的比例由开关装置10的最低工作温度决定，并且也根据期望的填充压力而变化。因此，以使得在装置的最低使用温度下七氟异丁腈的分压低于其饱和蒸气压这样的方式来确定该比例。典型地，七氟异丁腈在总混合物中的比例在0体积百分比(体积％)和20体积％的范围内。
氧气(o2)的比例可以在0％至25％的范围内。
二氧化碳(co2)或氮气(n2)的比例提供填充的平衡；该比例可以是混合物总压力的55％至100％。
当使用开关装置10用于中断高电流时，除了使用旋转电弧进行电弧熄灭之外，还用气体混合物对电弧进行喷射。
为此，气体穿过的通孔部分的尺寸相对较小，以便适合于七氟异丁腈、co2、o2和n2混合物的行为。
在开关装置的使用寿命期间，连续的中断操作和电磨损不会导致流动部分的任何变化，因此使得能够保证开关装置的性能随着时间的推移而稳定，以中断较高的电流。
另外，与旋转电弧中断器装置14一起使用这种气体混合物使得流动部分能够比在为基于六氟化硫的介电气体而设计的装置中更小。
特别是，这使得能够具有更紧凑的电弧控制机构14，从而限制了制造成本。