电气的功率开关装置的制作方法

本发明涉及高压-和中压开关装置、尤其功率开关的领域并且涉及一种根据权利要求1的电气开关装置。

背景技术：

功率开关装置在中压-和高压开关应用的领域中是已知的。其例如被用于在故障情况中电流的中断。作为对于这样的装置的示例，功率开关具有打开触头并且在故障情况中即使在故障源本身的高电势下也保持其彼此有安全的距离以阻止电流流过或电流飞弧(stromueberschlag)的任务。快速接地开关(schnellerdungsschalter)或负载断路开关(lasttrennschalter)是专业人员已知的另外的该类型的装置。对于该文件，术语中压指的是在1kv至72.5kv之间的电压而术语高压指的是高于72.5kv的电压。典型地，这样的接地装置具有两个或四个触头，其被包围在由绝缘气体构成的气氛中，例如sf6或空气或其他介电的绝缘介质，或者气体混合物，如包含氟酮或氟腈的气体混合物。触头典型地是杆形的和/或郁金香形的。使其沿着电气开关装置的纵轴线彼此相向运动以闭合触头或彼此运动远离以断开触头。

在开关装置的接通或关断过程期间在触头之间形成不期望的电弧。由于热效应或磁效应(根据开关装置的构造和电流路径)，电弧倾向于在不期望的区域中产生，例如在屏蔽部的区域中。因为这样的装置常常被应用在故障情况中(例如在由于电气短路而过载的情况中)，触头的闭合速度须比较高，由此这些装置具有较短的响应时间。此外由此可缩短电弧在触头之间燃烧的时间。但是主要借助于绝缘气体来“吹灭”电弧。在此在一些实施形式中使用由绝缘喷嘴(isolierdüse)和辅助喷嘴(hilfsdüse)组成的喷嘴系统。绝缘气体在喷嘴系统中被加速。理想地，在喷嘴系统中达到气体速度ma=1(1马赫)，其中，实现进一步加速并且绝缘气体冷却电弧。除了鼓风压力(blasdruck)之外，远离滞流点(staupunkt)的轴向气流加速对于气体运行的功率开关的可热中断能力的确定起重要作用。气流加速提高了功率开关的单位时间集电(stromabnahme)的限度，而不必提高在所谓的加热容积中的压力，这对于某些测试是期望的。有效的气流加速在此还有助于使气体尽可能快地从电弧容积中泄出并且由此提高在触头之间的击穿强度。

一种用于影响气流加速的途径通过喷嘴系统的优化的设计来提供，该途径以在喷嘴系统中尽可能精确地限定的容积关系为前提。在实际应用中，然而由于以下所列举的理由不能精确地维持这样的容积关系，即由于：

-制造公差和误取向(fehlausrichtung)，

-辅助喷嘴的径向振荡，

-辅助喷嘴的轴向振荡。

后两个方面是在较大质量加速到较高速度时所产生的较大的力的结果，其中，径向的或轴向的压力由于出现不对称而产生，其因此可使功率开关的功能性恶化。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电气开关装置，其至少减少上述缺点。该目的通过独立权利要求的特征来实现。

该目的由一种电气开关装置、尤其由一种气体隔绝的功率开关(断路器)来实现。相应地，电气开关装置(其填充有介电的绝缘介质)包括至少一个烧损触头组件，其带有第一烧损触头(abbrandkontakt)和相关联的第二烧损触头。为了打开和闭合电气开关装置，烧损触头中的至少一个能够平行于纵轴线运动并且与另一烧损触头协作。电气开关装置另外包括绝缘喷嘴、同心地布置在绝缘喷嘴的内部中的辅助喷嘴、在第一烧损触头与第二烧损触头之间的电弧容积、加热容积和加热通道(其布置在绝缘喷嘴与辅助喷嘴之间并且将电弧容积与加热容积相连接)。在加热通道中设置有稳定化组件用于使辅助喷嘴稳定化，其中，稳定化组件在加热通道中布置成使得稳定化组件将绝缘喷嘴机械地与辅助喷嘴相连接并且由此防止辅助喷嘴相对于绝缘喷嘴径向移动并且/或者阻止辅助喷嘴在纵轴线方向上轴向移动超过预定的点。

优选地将该电气开关装置用作接地开关、用作快速接地开关、用作功率开关、用作发电机功率开关、用作断路开关、用作组合的断路开关和接地开关、或用作负载断路开关。

在实施形式中介电的绝缘介质是sf6或者其包括选自以下的有机氟化物(organofluorverbindung)：氟醚(fluorether)尤其氢氟单醚(hydrofluormonoether)、氟胺(fluoramin)、氟酮(fluorketon)尤其全氟酮(perfluorketone)、氟烯(fluorolefin)尤其氢氟烯(hydrofluorolefin)、氟腈(fluoronitril)尤其全氟腈(perfluoronitril)、以及其混合物，尤其与背景气体(hintergrundgas)混合。

在实施形式中稳定化组件由不导电的材料、尤其由聚合物(polymer)、优选地由ptfe制成。已证实：不导电的ptfe满足对耐热性的规定并且尤其在存在于开关装置的内部中的温度下升华。

在实施形式中，稳定化组件由一定数量的侧翼和/或前翼和/或组合的翼来提供。如果存在，侧翼布置在辅助喷嘴的侧表面(mantelflaeche)上。如果存在，前翼布置在辅助喷嘴的正面上。如果存在，组合的翼相应由侧翼、前翼和弯曲的翼(其将所属的侧翼与所属的前翼相连接)形成。对于组合的翼优选的是，侧翼、前翼和弯曲的翼成一块。

在实施形式中翼与其类型无关地均匀地沿着辅助喷嘴的周缘分布。翼优选地可以是板状的。

在不同的实施形式中，侧翼和/或前翼和/或组合的翼的总数量可在3与20之间，其中，优选地设置有数量为6个的翼

因为设置有尤其以翼的形式的稳定化组件(其将绝缘喷嘴与辅助喷嘴机械地相连接)，该稳定化组件提供了辅助喷嘴的稳定化，该辅助喷嘴否则将在运动的情况下经历径向的和/或轴向的不期望的移动。由此可维持功率开关的对称性并且在绝缘喷嘴与辅助喷嘴之间的气体填充的总体积的子体积之间不存在压差。

附图说明

接下来根据附图更详细地来阐述本发明的实施例和另外的优点。其中：

图1示出了已知的电气开关装置的侧向的横截面视图；

图2示出了带有稳定化组件的第一实施形式的电气开关装置的侧向的横截面视图；

图3示出了带有稳定化组件的第二实施形式的电气开关装置的侧向的横截面视图；

图4示出了带有稳定化组件的第三实施形式的电气开关装置的侧向的横截面视图；

图5示出了带有稳定化组件的第四实施形式的电气开关装置的侧向的横截面视图；

图6示出了带有稳定化组件的第五实施形式的电气开关装置的侧向的横截面视图；

图7示出了带有稳定化组件的第六实施形式的电气开关装置的侧向的横截面视图；

图8示出了稳定化组件的第七实施形式的透视图；

图9示出了稳定化组件的第八实施形式的透视图；以及

图10示出了稳定化组件的第九实施形式的透视图。

在附图中相同的附图标记表示相同的或作用相同的部件。

附图标记清单

1根据本发明的功率开关

1a根据现有技术的功率开关

2绝缘喷嘴

3第一烧损触头、郁金香触头

4第二烧损触头、杆触头、销

5电弧容积

6加热容积

7加热通道

8辅助喷嘴

9a侧翼

9b前翼

9c锥形的侧翼

9d用于引导通道的侧翼

9e组合的翼

9f带有倾斜区段的侧翼

9g管状的稳定化组件

10a9f的第一区段

10b9f的第二区段

119g的开口、通流孔、加热通道开口

a向加热容积方向的绝缘气体流

a电弧

a1在相邻的第一区段10a之间的距离

a2在相邻的第二区段10b之间的距离

r1偏离的第一加热通道宽度

r2偏离的第二加热通道宽度

v1非期望的轴向移动

z纵轴线

z1辅助喷嘴8的理论-运动终点。

具体实施方式

在本文中，术语“机械地相连接”、即形状配合应如此来理解，即相连接的元件不能在第一方向上朝向彼此移动，而其可在第二方向上彼此相对移动。

术语“侧面”或“侧向”指的是平行于纵轴线z延伸。反之，术语“正面”指垂直于纵轴线延伸。

图1示出了已知的电气开关装置1a的侧向的横截面视图。所示出的部件相对于纵轴线z旋转对称，这也适用于其他实施形式。在所有附图中的图示被强烈地简化并且仅考虑那么对于本发明的说明必需的开关装置的元件。在用于中压和高压应用的电气开关装置的领域中的专业人员了解这些电气开关装置(其接下来示例性地根据所谓的功率开关来说明)的详细的原理构造。出于该原因还放弃了对这样的功率开关的原则上的工作方式的说明。在功率开关1a的内部中作为示例采用sf6气体，其填充了接下来所说明的容积和通道。

功率开关1a包括成所谓的郁金香形的第一烧损触头3和相关联的杆形的第二烧损触头4。为了打开和闭合功率开关1a，烧损触头3、4中的至少一个可平行于纵轴线z运动并且与另一烧损触头4、3协作(通过使杆4驶入郁金香3中或驶出)。在当前的图示中，烧损触头3、4在闭合的状态中。功率开关1a另外包括由绝缘喷嘴2和辅助喷嘴8组成的喷嘴系统，辅助喷嘴8同心地布置在绝缘喷嘴2的内部中。在第一烧损触头3与第二烧损触头4之间的电弧容积5在烧损触头3、4的打开的状态中存在，其中，其布置在此以虚线的方形来表示。另外设置有加热容积6。加热容积6和电弧容积5在烧损触头3、4的打开的状态中借助于加热通道7相连接，其横截面通过在给定的部位处在绝缘喷嘴2与辅助喷嘴8之间的距离来限定或给定。

在图1中示出了辅助喷嘴8相对于绝缘喷嘴2的不期望的移动。一方面可出现径向的移动，其造成加热通道7的不恒定的横截面，这利用横截面r1和r2来说明。如由图可得悉的那样，r1>r2。这样的移动引起在辅助喷嘴8与绝缘喷嘴2之间的空腔的不同区域中的压差，其对于功率开关1a的功能是不利的，这在上面已进行了说明。烧损触头3、4在其接触的部位处的位置为了说明未对齐地(即径向略微相对于彼此移动)示出，其中，在实践中杆形的第二烧损触头4与第一烧损触头3的郁金件3的位置相匹配。

另一方面，在烧损触头3、4之间的电气连接闭合时可进行辅助喷嘴8的轴向移动，其在图1中以v1表示。预定的点z1表示辅助喷嘴8的前侧的按照规定的终端位置，其中，辅助喷嘴的以虚线示出的前侧表示在移动之后的位置z1+v1。

上面所说明的移动是不期望的并且应借助于本发明来减少或排除。

原则上，在本发明中设置有稳定化组件9a-9g，以使所述移动至少最小化或消除。根据实施形式，稳定化组件由一定数量的侧翼9a和/或前翼9b和/或组合的翼9e、尤其板状的侧翼9a和/或板状的前翼9b和/或组合的板状的翼9e来提供。优选地，翼均匀地沿着辅助喷嘴的周缘分布。这些翼的不同的实施形式结合接下来的附图来说明。

图2示出了作为本发明的第一实施形式的功率开关1的侧向的横截面视图。与图1相比，图3至7出于简化原因仅示出了根据本发明的功率开关1的横截面视图的上半部。该视图以及图2至7的视图示出了在打开的位置中的功率开关1，其中，已提到的电弧容积5在烧损触头3、4之间形成。为了说明，在电弧容积5中绘出电弧a。该电弧a在烧损触头3、4之间的连接断开时产生。该电弧非常强烈地加热在电弧容积5中的绝缘气体，接着该绝缘气体膨胀并且从电弧容积5通过加热通道7流入加热容积6中。这以箭头a示出。在加热容积6中来自电弧容积5的热的绝缘气体与来自加热容积6的冷的绝缘气体混合，由此在加热容积6中的绝缘气体的整体温度下降。使用该此时被冷却的绝缘气体以冷却并且最终吹灭电弧a。

为了保持辅助喷嘴8围绕纵轴线z的对称性，设置有稳定化组件。

在根据图1的实施形式中，等距的侧翼9a作为稳定化组件装设在辅助喷嘴8的外壁上，该外壁同时是加热通道7的内壁。换言之，优选地板状的侧翼9a布置在柱状的辅助喷嘴8的侧表面上。在实施形式中侧翼9a平行于纵轴线z延伸。但是其也可在其总延伸上相对于纵轴线z倾斜地布置，其中，侧翼在该情况中将螺旋形地在辅助喷嘴的弯曲的表面上形成。侧翼的该形式的特例结合图8来说明。

侧翼9a的总数根据辅助喷嘴8的直径和运行条件可在3与20个侧翼之间。优选地，6个侧翼分布在辅助喷嘴8的侧表面上。当然，也可布置2个侧翼或多于20个侧翼，然而一方面2个侧翼对于该组件的所期望的效果和稳定性不足够而另一方面多于20个侧翼在制造中昂贵且其将在加热通道7中占据过多空间，从而将不能实现绝缘气体的所期望的质量流。上述机械连接此时允许辅助喷嘴8与侧翼9a一起在纵向z上移动，其中，侧翼9a碰到绝缘喷嘴2的壁部(径向形状配合)并且沿着绝缘喷嘴2的内壁运动。然而，该机械连接防止辅助喷嘴8在径向上朝向绝缘喷嘴2移动。这由翼9a的刚性引起。该刚性是除了已提及的耐热性之外对于选择适合用于侧翼9a的材料的另一标准。

图3示出了带有稳定化组件的第二实施形式的电气开关装置1的侧向的横截面视图。在此前翼9b设置为稳定化组件，前翼限制了辅助喷嘴8在z-方向上的移动，从而可将前翼9b视为止挡。在此，其在纵向z上从静止的绝缘喷嘴2的相应的壁延伸直至预设的点z1，在该点处辅助喷嘴8应结束其在z-方向上的运动。即前翼9b限制了辅助喷嘴8轴向移动超过所期望的点z1。

图4示出了带有稳定化组件的第三实施形式的电气开关装置1的侧向的横截面视图。图2中的侧翼9a是矩形的。与此相对，侧翼9c在该实施形式中具有锥形，其中，其在纵向z上向第二烧损触头4的方向逐渐尖细。该实施形式对于绝缘喷嘴2的相应的轮廓在相关的区域中是可能的。但是也可设置成，辅助喷嘴8具有相应的锥形的外轮廓，使得在附图中斜面将在下面在辅助喷嘴8处。该实施形式相对于图2中的实施形式具有优点：侧翼9c在辅助喷嘴的运动的终点(点z1)中同时在径向上以及在轴向上起作用。一方面，侧翼在该点中进行与绝缘喷嘴2的机械连接而另一方面其由于其锥度阻止进一步轴向移动。侧翼9c的尺寸和锥度即相应地被选择成使得在考虑加热通道7的宽度的情况下在到达点z1时实现该干预。图4中的实施形式的另外的优点是，对于轴向限制不需要附加的前翼9b。与此相对，但是图2中的实施形式具有优点：辅助喷嘴8的径向移动在由辅助喷嘴8经过的整个路径上起作用，其中，然而没有轴向限制。

在图2中的实施形式的扩展的过程中可克服该缺点。在图5中设置有矩形的侧翼9d，然而其与加热通道7的宽度更宽。在该情况中在绝缘喷嘴2的内壁中在相关的区段中设置有引导通道，其相应容纳侧翼9d的上部的区段。该侧翼的作用首先与在图2中的作用相同。然而在此还借助于用作止挡的引导通道端部实现辅助喷嘴8的运动的轴向限制。除了径向的和轴向的移动限制之外，该实施形式具有另外的优点：通过侧翼9d的引导实现还更高的稳定性。

在根据图2的实施形式中也可在绝缘喷嘴2处设置至少一个止挡，其限制侧翼9a在纵向z上向第二烧损触头4的方向的移动。

图6示出了稳定化组件1的另外的实施形式，该稳定化组件考虑了径向的和轴向的移动。在该实施形式中设置有组合的翼9e。每个组合的翼9e是由侧翼、前翼和弯曲的翼(其将所属的侧翼与所属的前翼相连接)形成。优选的是，组合的翼9e是一件式的。有利地，这些组合的翼9e具有相对于迄今所说明的翼提高的稳定性。

图7示出了稳定化组件的另外的实施形式，该稳定化组件考虑了径向的和轴向的移动。该实施形式是图2和3中的实施形式的组合，其中，设置有侧翼9a和前翼9b。优选地可能的是，前翼9b的数量相应于侧翼9a的数量。进一步优选地可能的是，每个前翼9b与相关联的侧翼9a布置在相同的平面中。由此避免产生紊乱(labyrinth)，其可能潜在地负面地影响到加热容积6中和回到电弧容积5中的绝缘气体的质量流。

图8示出了带有特殊成形的侧翼9f的稳定化组件的另一实施形式。出于清晰性原因，该图示是透视性的并且仅示出了带有侧翼9f的辅助喷嘴8。这些侧翼9f与图2中的侧翼区别在于：这些侧翼包括第一区段10a，其平行于纵轴线z延伸，并且紧接第一区段10a包括第二区段10b，其倾斜于纵轴线z延伸。第一区段10a布置成离电弧容积5比离加热容积6更近，而第二区段10b布置成离加热容积6比离电弧容积5更近。

优选地，第二区段10b与纵轴线z形成在30°与60°之间的角度α。与纵轴线z成45°的角度证实为最佳。该角度α可借助于公式确定：

a2=a1•sinα，

其中，a1表示在两个相邻的侧翼9f的第一区段10a之间的距离而a2表示在两个相邻的侧翼9f的第二区段10b之间的距离。

侧翼9f的特殊构造除了径向地限制辅助喷嘴8的移动之外具有两个另外的优点。因为第二区段10b倾斜地布置，提高了绝缘气体在其向加热容积6的方向流动期间的涡旋，这有助于流动的热绝缘气体与冷绝缘气体在加热容积6中更好地混匀。另一方面，第一区段10a引起在混合的绝缘气体回流到电弧容积5中以熄灭电弧a期间使涡旋在离开在两个相邻的侧翼9f之间的通道时减小并且绝缘气体更快地到达电弧a。

尤其可将该实施形式与图3到6中的实施形式相结合，以便还考虑防止轴向移动超过点z1。原则上，在前述的所有带有直的侧翼的实施形式中这些侧翼可被侧翼9f代替。唯一的例外是侧翼的实施形式9d。

图9以对辅助喷嘴8的前侧的正视图示出了稳定化组件的另一实施形式。在此稳定化组件是同心地围绕辅助喷嘴8布置的管9g，其中，管9g包括连续的开口11，这些开口在纵向z上延伸并且将电弧容积5与加热容积6相连接。连续的开口11可具有圆形的横截面，如在附图中所示，但是其也可具有椭圆形的或香蕉形的横截面。尤其也可考虑带有不同横截面形状的开口的组合。管壁的厚度尤其可等于在绝缘喷嘴2与辅助喷嘴8之间的距离。在该实施形式中可将在两个相邻的开口11之间的壁区段理解为侧翼9g，其阻止辅助喷嘴8的径向移动。

如已阐述的那样，绝缘喷嘴2可包括止挡，其防止管9g在纵向z上移动超过规定的点z1。备选地，可将该实施形式例如与图7中的实施形式相结合，以便还实现限制超过点z1的轴向移动。另一备选方案在于将管9g构造成使得其至少逐段地、例如在离电弧容积5最远的上部区域中伸出超过辅助喷嘴8的前侧并且由此还实现在轴向z上的限制。

图10示出了带有侧翼9a的辅助喷嘴8的透视图。在此，侧翼9a与辅助喷嘴8构造成一块，这有助于减少成本。备选地或附加地，也可将前翼9b和/或组合的翼9e与辅助喷嘴8构造成一块。但是前翼9b也可实施成与绝缘喷嘴2成一块或实施为独立的元件。

此外该视图示出，侧翼9a在辅助喷嘴8的整个长度上延伸。备选地，侧翼9a可仅在辅助喷嘴8的扩展的区域中存在(如例如在图2中所示)。例如，侧翼可布置在加热容积侧或(这是优选的)在电弧容积侧。后一变体是优选的，因为以该方式实现在相关的前部区域中辅助喷嘴8的更好的稳定性。

稳定化组件的不同变体在其所有组合中提供该优点，即辅助喷嘴8可机械上更稳定地运动，从而可很大程度上避免在径向和/或轴向上的移动并且由此功率开关在其热力快速跳闸(schnellausloesung)和其介电性能方面如所期待的那样起作用。此外，改善的涡旋对于热力中断以及冷和热绝缘气体的更好的混匀是有利的。不同实施形式的大量组合也提供了对于带有最不同的规格的普遍其它电气开关装置或功率开关的不同结构类型良好的适配可能性，从而对于特殊类型的开关装置尤其功率开关、接地开关或断路开关可相应选择最好的解决方案。

尽管说明了本发明的优选的实施形式，但是指出本发明可以不同的方式在以下权利要求的范围中来实现。在此，在说明书中所使用的术语如“优选地”、“尤其”、“有利地”等等仅涉及可选的和示例性的实施形式。