具有气密绝缘空间的中压或高压开关设备的制作方法

本发明涉及按照权利要求1的前序部分所述的具有气密绝缘空间的中压或高压开关设备。气体绝缘的中压或高压设备、尤其根据所谓的压气式断路器或自吹断路器的原理具有惰性的且尤其电气绝缘的气体。该绝缘气体一方面用于使在开关内部流过的电流与壳体绝缘，并且另一方面用于尤其在开关设备内部熄灭电弧。为此，通常使用六氟化硫sf6。sf6具有非常好的绝缘性能和非常好的灭弧性能，但具有非常高的温室潜能，因此考虑这种绝缘气体的替代物。

在熄灭开关触头打开时出现的电弧期间，sf6的部分和喷嘴材料的部分分解，其中，喷嘴通常由聚四氟乙烯构成。这些分解产物通常在灭弧后和冷却后又尤其在喷嘴表面上再化合。在现有的开关设备中，一方面sf6作为绝缘和灭弧气体和另一方面ptfe作为喷嘴材料的组合已证明是实用的。然而当使用备选气体时，与现有喷嘴材料的组合已证明是不利的。在此出现对喷嘴表面和对开关设备的功能产生不利影响的再化合产物。这些再化合产物尤其由于ptfe中含有氟是不环保的。

本发明所要解决的技术问题在于提供一种中压或高压开关设备，其相对于已设立的sf6具有备选的绝缘气体，并且在此，在电弧熄灭后产生较少的损害设备运行的再化合产物。

所述技术问题通过具有权利要求1的技术特征的中压或高压开关设备解决。这种设备具有气密的绝缘空间，在该绝缘空间中存在处于过压中(超过一个大气压力)的绝缘气体。此外，所述设备设置有至少两个布置在绝缘空间中的开关触头，其中，至少一个开关触头相对于喷嘴可移动地支承。本发明的特征在于，绝缘气体是混合气，该混合气分别总计至少90％的质量由氮气和氧气组成或者至少90％的质量由氮气和二氧化碳的混合气组成。所述两种备选绝缘气体或者是空气、尤其是净化过的、必要时也是合成的空气和所谓的生物源物质(biogen)、即氮气和二氧化碳的混合气，其中，该生物源物质含有高达40％的二氧化碳。此外，喷嘴至少部分由塑料构成，该塑料含有总计至少65％的碳、氮和氧。这也就是说，所述塑料含有所有这三种元素，并且这些元素的质量总和占塑料总质量的至少65％。特别优选地，这些元素的质量占塑料质量的70％、最特别优选75％。

氮气和碳、或氮气和氧气组成的混合气和使用正好由碳、氮和氧构成的、或者说在很大程度上包含这些元素的塑料的组合使得，在灭弧期间，在绝缘气体的分解过程中和在塑料的分解过程中产生源自其化学成分的物质。由此在这些物质再化合时不会产生有害物质，所述有害物质一方面对喷嘴的作用方式产生不利影响，另一方面对绝缘气体的作用产生不利影响。优选地，甚至再化合成原始物质。

在此特别适宜的是，喷嘴的塑料包含尽可能少的氟、尤其质量百分数小于1％、最特别优选质量百分数小于0.1％的氟。这点是适宜的，因为尤其氟化物通常不环保，并且当这种氟化物沉积在表面上时同样具有不利的性质。

将聚酰胺或聚酰亚胺用于喷嘴的塑料已证明是特别适宜的。例如，用作结构材料的典型的聚酰胺包含质量百分数为39.6％的碳、质量百分数为5.9％的氢、质量百分数为30.6％的氧和质量百分数为6.5％的氮。剩余的份额涉及填充物质如磷、硅、铝、钙和锌，这些填充物质尤其作为阻燃剂添加到塑料中。

在本发明的另一设计形式中，喷嘴和至少一个开关触头相对于旋转轴线彼此对称地布置。效果是，开关触头可以从包围该开关触头的喷嘴中抽出，并且在此出现柱状空间，电弧可以在该柱状空间中传播，并且由于是对称的空间，电弧可以在该柱状空间中最佳地被熄灭。

结合以下附图详细阐述本发明的另外的设计形式和另外的技术特征。在附图中：

图1至图5示出了在开关的打开和关闭的各个阶段中的开关设备、尤其开关触头。

以下首先描述压气式断路器的示意性的且本身已知的流程图，其中，本发明不仅局限于压气式断路器。图1中示出具有绝缘空间4的中压或高压开关设备。绝缘空间4在开关触头8和10周围用虚线示意性地示出。这意味着开关触头8和10以外的布置不予详细考虑。开关触头8和10是旋转对称的构件，其围绕旋转轴线13旋转对称地布置。开关触头8具有被外侧的开关触头14环形地包围的中心销7。此处，开关触头8的这两个部分7和14联合形成一个集成的构件、开关触头8。同样地，第二开关触头10同样具有又被外侧的开关触头16旋转对称地包围的中心销9，这些构件也是一个集成的构件，在此被称为开关触头10。在此如图2所示，在关闭状态下，中心销7插入到孔11中，该孔11沿旋转轴线13开设在开关触头10的中心销9中。此外，外侧开关触头14和16接触，其中，外侧开关触头14和16形成主电流路径。此外还设有喷嘴12，该喷嘴12由塑料构成，并且围绕开关触头8的中心销7相对于旋转轴线13同样旋转对称地布置。

当打开开关设备2时，首先外侧触头14和16彼此分离，为此，至少一个开关触头如箭头22所示沿旋转轴线13被驱动机构抽出。在此，整个分离过程在几毫秒内发生，其中，但在外侧触头14和16分离后，首先保持中心销7和9之间的接触。在此如图2所示，销7被从销9的孔11中抽出。同时位于压缩腔18中的绝缘气体6被挤压。此外，喷嘴2按这种形式安设在开关触头10上，即喷嘴2相对于销7沿轴线13移动。

在两个触头8和10的分离一定程度地推进使得内侧销7和9也不再接触后，在喷嘴12的区域中大致沿旋转轴线13形成电弧20。该电弧20被从作为触头10的组成部分的压缩腔18中流出的绝缘气体6熄灭。在此例中，所述绝缘气体是具有80％氮气和20％氧气的成分的净化过的空气，该绝缘气体沿图3中箭头6包围电弧20地流动并且熄灭该电弧20。在此，与聚酰胺喷嘴材料组合，产生了基于碳、氮和氧的气态分解产物。这是由于作为喷嘴材料的聚酰胺基本上包括与空气中相同的元素。特别是氮气和氧气是聚酰胺的主要成分。备选的、同样特别适宜的喷嘴材料是聚酰亚胺。作为空气的备选项，同样可以将所谓的生物源物质、即由氮气和氧气组成的混合气用作绝缘气体6。

当在绝缘气体和喷嘴材料之间出现电弧20时、在高温下产生的气态分解产物在电弧20熄灭后沉积在喷嘴13上。这种再化合发生在如图4中所示的打开状态下。然后，图5又示出了相反的过程、即开关设备2的关闭过程。在此，通过压缩空气或弹簧力实现的驱动机构22如箭头22所示沿旋转轴线13朝相反的方向移动，并且开关相应地被关闭。

如上所述，尤其考虑聚酰胺或聚酰亚胺作为喷嘴的材料。在此，典型的聚酰胺包含39.6％的碳、5.9％的氢、30.6％的氧和6.5％的氮。此处所有的百分数都是质量百分数。此外作为填充物质和阻燃物质，添加的还有3.6％的磷、8.8％的硅、2.7％的铝、1.7％的钙和0.6％的锌。就此，碳、氧和氮这三种元素总共具有76.7％的质量。作为其备选，描述另一种聚酰胺，其包含49％的碳、8％的氢、20.1％的氧和9.5％的氮。此处也添加了填充物质、如2.6％的磷、5.4％的硅、2.1％的铝、3.3％的钙。在此，元素碳、氧和氮的总和是78.6％。在第三种变型中使用共聚酰胺，该共聚酰胺含有40％的碳、4.4％的氢、29.3％的氧和6.5％的氮。在此，元素碳、氧和氮的总和是75.8％。

原则上已经证实，有利的是，用于喷嘴的塑料包含的上述三种元素碳、氧和氮的质量百分数至少为65％。所提到的物质的量确保了，不会产生一方面污染绝缘气体，另一方面污染喷嘴表面的分解产物。

必要时由基本组分氮气和氧气合成制造的净化过的空气又被认为适合作为绝缘气体。在此，混合气通常包含80％的氮气和20％的氧气。在天然空气中还可能存在少量比例的二氧化碳以及其它气体、尤其极少量的惰性气体。此外，使用所谓的生物源物质作为绝缘气体4也是适宜的，所谓的生物源物质同样以氮气为基础并且含有高达40％的二氧化碳。

此外适宜的是，不含氟、或者仅含有极少量氟的塑料用于喷嘴12。特别是对于几乎在所有塑料中都含有的碳，氟化物尤其与在几乎所有塑料中都含有的碳形成碳氟化合物，该碳氟化合物会污染绝缘空间4、开关触头8和10以及喷嘴13。已经证明，氟在塑料中的比例应该小于1％、尤其小于0.1％。