高压断路器的制作方法

本发明涉及一种高压断路器，包括：限定绝缘气体容积的壳体；布置在壳体中的至少两个关合和开断单元(making and breaking unit)，其中每个关合和开断单元包括用于形成导电连接的第一接触元件和第二接触元件，第一接触元件沿高压断路器的轴向延伸的开关轴可移动，并且所述至少两个关合和开断单元的第一接触元件是运动耦合的；以及驱动装置，所述驱动装置与至少一个关合和开断单元的第一接触元件连接，并被配置为使第一接触元件沿开关轴在用于分离导电连接的移动距离上移动。

背景技术：

1、高压断路器，尤其是高电流和高压等级的断路器，往往变得很大，并且同时需要高分闸速度来保证断路性能，尤其是无sf6断路器，因为可替代气体的性能较差。在分离导电连接时，气体阻尼器被用于此类断路器，用于在移动末端为分闸或合闸操作安全地减速。

2、然而，当多腔室高压断路器中发生快速机械分合闸操作时，目前用于高压断路器的气体阻尼器的实施方式需要有效的开断。由于多腔室的质量很大，尤其对于sf6或无sf6断路器所需要的这种开断甚至更难实现，有时甚至不可能实现。

技术实现思路

1、因此，发明的目的是提供一种具有经改善的气体阻尼器的高压断路器以及相应的方法。

2、本发明的目的是由独立权利要求的特征解决的。优选的实施方式在从属权利要求中进行详细说明。

3、因此，该目的由一种高压断路器解决，该高压断路器包括：

4、限定绝缘气体容积的壳体；

5、布置在壳体中的至少两个关合和开断单元，其中，每个关合和开断单元包括用于形成导电连接的第一接触元件和第二接触元件，至少第一接触元件沿所述高压断路器的轴向延伸的开关轴可移动，并且所述至少两个关合和开断单元的第一接触元件运动耦合；

6、驱动装置，所述驱动装置与至少一个关合和开断单元的第一接触元件连接，并被配置为使所述第一接触元件沿开关轴在用于分离导电连接的移动距离上移动；以及

7、气体阻尼器，所述气体阻尼器与至少一个关合和开断单元的第一接触元件连接，并被配置为通过根据所述移动距离增加的阻尼力对所述第一接触元件的移动进行阻尼。

8、因此，本发明的关键点是，所提供的气体阻尼器保持了第一接触元件的高分闸速度，同时提高了疲劳强度，这对于无sf6的应用尤其有利。气阻尼器减小了所需的阻尼压力，并减小或消除了附加元件(如下所述的复合材料侧杆)中的压力。从而有利地将这种力转化为拉伸力。因此，由于压力引起的偏斜极大减小，高压断路器的稳定性极大增加。由于阻尼力根据移动距离增大，例如在移动末端比在移动开始时要大得多，开断力不会阻碍断路性能。

9、换句话说，以该方式，就有可能在没有主要的力的峰值的情况下缓慢进入行程的末端，同时在开断操作过程中有效地耗散动能。所提供的解决方式进一步克服了液压机械驱动器的容许阻尼压力的限制，并减小了由复合材料制成的绝缘部件(通常在压缩时强度较低而在拉伸时强度明显较高)的负载，而在另一方面防止了此类元件的屈曲或不可逆的变形。所提供的高压断路器还降低了这些以及其他元件的振动，如果不防止这些振动，则需要通过增加距离和公差来克服，因此会增加高压(优选地气体绝缘)断路器的重量和容积。

10、壳体优选地设置为气密的和/或具有沿开关轴延伸的管状或圆柱体状的形式。第一接触元件和/或第二接触元件优选地沿开关轴延伸。第二接触元件可以相对于壳体固定，但也可以布置为沿开关轴可移动。术语“运动耦合”是指，如果至少一个关合和开断单元的第一接触元件由驱动装置移动，则至少另一个关合和开断单元的第一接触元件被平行移动，优选地，所有第一接触元件被平行移动。驱动装置优选地是机动的和/或设置在壳体外部。在这种实施方式中，驱动装置可以通过拉杆连接到第一接触元件。该驱动装置可以包括附加的阻尼器，该阻尼器可以与驱动装置相关联和/或集成到驱动装置中。

11、关合和开断单元可设置为断流器。所述至少两个关合和开断单元优选地以串联方式电连接和/或布置成与所述驱动装置隔有不同距离。气体阻尼器优选地与布置成和该气体阻尼器相距最远距离的至少一个关合和开断单元相关联和/或布置在所述至少一个关合和开断单元处。例如，当有三个关合和开断单元按顺序布置并且第一关合和开断单元邻近于驱动装置时，气体阻尼器优选地布置在第二和第三关合和开断单元之间。

12、该移动距离优选至少为第一接触元件与第二接触元件形成导电连接时的状态与所述这些接触元件未形成该导电连接时的另一状态之间的距离。术语“通过根据移动距离增加的阻尼力对第一接触元件的移动进行阻尼”尤其指阻尼力随移动距离的增加而增加，例如，在第一接触单元和第二接触单元仍然形成导电连接时的开始时刻，优选地在零或最小移动距离处，阻尼力可能较小或甚至为零，而当第一接触元件和第二接触元件不再形成导电连接时，优选地在最大移动距离处，阻尼力最高。

13、术语“高压”是指超过1kv的电压。高压优选地涉及从72kv以上到800kv的范围中的额定电压，如145kv、245kv或420kv。高压断路器可以作为一个断路器提供，并且/或者可以包括一个或多个部件，例如吹气缸体、自爆腔室、压力收集空间、压缩空间、或吹气(puffer)容积、和膨胀空间。高压断路器可以通过一个或多个这样的部件实现导电连接的中断，从而停止导电连接中的电流流动，和/或熄灭导电连接中断时产生的电弧。术语"轴向"指的是在轴线方向上的延伸、距离等。零件之间的轴向分离是指在轴线方向上看或测量时，这些零件是相互分离的。术语"径向"是指在垂直于轴线的方向上的延伸、距离等。术语"横截面"是指垂直于轴线的平面，术语"横截面积"是指在这样一个平面内的面积。该轴目前是指开关轴。

14、绝缘气体可以是能够在电流中断操作期间充分熄灭在接触元件之间形成的电弧的任何合适的气体，例如但不限于惰性气体，例如六氟化硫sf6。具体来说，使用的绝缘气体可以是sf6气体或任何其他介电绝缘介质，该介质可以是气体和/或液体，尤其是可以是介电绝缘气体或灭弧气体。例如，这种介电绝缘介质可以包括含有有机氟化合物的介质，这种有机氟化合物选自包括以下的组：氟醚、环氧乙烷、氟胺、氟酮、氟烯烃、氟腈及其混合物和/或其分解产物。此处，术语"氟醚"、"环氧乙烷"、"氟胺"、"氟酮"、"氟烯烃"和"氟腈"是指至少部分氟化的化合物。尤其是，术语"氟醚"包括氢氟醚和全氟醚，术语"环氧乙烷"包括氢氟环氧乙烷和全氟环氧乙烷，术语"氟胺"包括氢氟胺和全氟胺。术语"氟酮"包括氢氟酮和全氟酮，术语"氟烯烃"包括氢氟烯烃和全氟烯烃，以及术语"氟腈"包括氢氟腈和全氟腈。因此，优选地氟醚、环氧乙烷、氟胺和氟酮是完全氟化的，即全氟化的。

15、介电绝缘介质可以选自包括以下的组：氢氟醚、全氟酮、氢氟烯烃、全氟腈及其混合物。尤其是，在本发明背景下使用的术语"氟酮"应作广义解释，并应包括氟单酮和氟二酮或一般的氟聚酮。明确地说，分子中可以存在多于一个位于碳原子侧面的羰基。该术语也应包括饱和化合物和不饱和化合物，包括碳原子之间的双键和/或三键。氟酮的至少部分氟化烷基链可以是直链的或支链的，也可以任选地形成环。介电绝缘介质可以包括至少一种是氟单酮的化合物和/或还包括包含在分子碳骨架内的杂原子，例如氮原子、氧原子和硫原子中的至少一个，以取代一个或多个碳原子。更优选地，氟单酮，尤其是全氟酮，可以有3至15个或4至12个碳原子，尤其是5至9个碳原子。最优选地，其可以包括正好5个碳原子和/或正好6个碳原子和/或正好7个碳原子和/或正好8个碳原子。

16、此外，介电绝缘介质可以包括至少一种选自包括以下的组的氟烯烃化合物：包括至少三个碳原子的氢氟烯烃(hfo)、正好包括三个碳原子的氢氟烯烃(hfo)、反式-1,3,3,3-四氟-1-丙烯(hfo-1234ze)、2,3,3,3-四氟-1-丙烯(hfo-1234yf)及其混合物。有机氟化合物也可以是氟腈，尤其是全氟腈。尤其是，有机氟化合物可以是氟腈，尤其是全氟腈，其含有两个碳原子和/或三个碳原子和/或四个碳原子。更具体地，该氟腈可以是全氟烷基腈，尤其是全氟乙腈、全氟丙腈(c2f5cn)和/或全氟丁腈(c3f7cn)。最具体地，氟腈可以是全氟异丁腈(分子式(cf3)2cfcn)和/或全氟2-甲氧基丙腈(分子式cf3cf(ocf3)cn)。其中，全氟异丁腈(即2,3,3,3-四氟-2-三氟甲基丙腈，别名i-c3f7cn)由于其低毒性而被尤其青睐。介电绝缘介质还可以包括不同于有机氟化合物(尤其是不同于氟醚、环氧乙烷、氟胺、氟酮和氟烯烃)的背景气或载气，在实施方式中可以选自包括以下的组：空气、n2、o2、co2、稀有气体、h2；no2、no、n2o；碳氟化合物，尤其是全氟化合物，如cf4；cf3i、sf6；及其混合物。例如，在一个实施方式中，介电绝缘气体可以是co2。

17、根据一个优选实施方式，阻尼力根据所述移动距离成比例地、非线性地或指数式地增加。因此，优选地，在开断操作结束时，即当接触元件分离且不再导电时，或在朝向或达到最大移动距离时，开断变得更加有效。换句话说，根据本实施方式，优选地，阻尼力相对于所述移动距离或随着所述移动距离的增大而变得更大。例如，阻尼力在使接触元件断连的移动开始时可以很小或为零，当需要开断时，阻尼力在断连状态下成比例地、非线性地或指数式地增加到最大。

18、在另一个优选实施方式中，气体阻尼器包括至少一个通孔，所述至少一个通孔尤其布置在径向延伸的横向表面(lateral surface)和/或轴向延伸的侧表面(sidesurface)中。通过这样的通孔，例如直径为1、2、5、10、20或50毫米的通孔，由气体阻尼器限定的阻尼容积将不会朝向壳体保持密封，从而降低了可达到的最大开断压力。气体阻尼器可以包括多个孔，所述多个孔以规则的距离布置或者在所述移动距离的起始处以较近的距离布置。

19、根据另一个优选实施方式，气体阻尼器包括具有封闭的第一端的阻尼容积和配置为从与第一端相反的第二端移动进入阻尼容积中的活塞元件。阻尼容积和/或气体阻尼器可以具有轴向延伸的圆柱形筒体的形状。以此方式，活塞元件优选地可以设置为径向延伸的圆形板，该圆形板可滑动地和/或触摸式地布置在阻尼容积中。优选地，阻尼容积被设置为在第一端处封闭的圆柱体，而活塞元件被设置在第二端处。当驱动装置断开接触元件的连接时，活塞元件优选地朝向第一端移动。还优选地，气体阻尼器被布置在所述至少两个关合和开断单元之间，例如，第一端面对第一关合和开断单元的第二接触元件，第二端面对第二关合和开断单元。在这种情况下，活塞元件的第二端可以与第二关合和开断单元的第一接触元件连接。

20、根据另一个优选实施方式，所述阻尼容积包括在轴向延伸的侧表面上的至少一个开口，并且另一个轴向延伸的侧表面设置为无开口以用于引导移动活塞元件。这样，无开口的侧表面克服了现有阻尼方式的调节困难。该开口可以具有矩形或正方形形状，可以以规则的距离设置多个开口。

21、在另一个优选实施方式中，该开口具有在分离导电连接时在移动方向上成比例地或指数式地减小的宽度。由于宽度的减小，在使接触元件断连时的移动的开始阶段，存在于气体阻尼器中的绝缘气体可以容易地从阻尼容积逃逸，而随着宽度的减小，逃逸变得更加困难，从而增大对活塞元件的阻尼。

22、根据另一个优选实施方式，封闭的第一端的径向延伸的横向表面和轴向延伸的侧表面的邻近于所述横向表面的至少一部分被设置为无开口和/或无孔。这样，阻尼容积和/或第一端优选地设置为具有封闭的径向延伸的横向表面的杯状和/或管状。径向延伸的横向表面优选地具有圆盘形状。轴向延伸侧表面的部分优选地具有管状形状和/或与径向延伸的横向表面设置为一体件。

23、在另一个优选实施方式中，该高压断路器包括至少两个侧杆，所述至少两个侧杆通过围绕关合和开断单元中的至少一个来连接驱动装置和气体阻尼器。优选地，所述至少两个侧杆设置为杆(pole)、棒(bar)或柱(post)和/或也围绕气体阻尼器。所述侧杆优选地围绕所述关合和开断单元中的至少一个以规则的间隔布置。所述侧杆优选地在一侧与所述关合和开断单元中的至少一个的第一接触元件连接，在另一侧与气体阻尼器连接。所述侧杆优选地平行并偏离于开关轴轴向延伸。在另一个优选实施方式中，设置多对这样的至少两个侧杆，每一对都与不同的关合和开断单元相关联。通过这样的侧杆，可以减小关合和开断单元的总直径，因为在侧杆、腔室法兰和屏蔽件(shield)之间需要较小的间隙，而较小的间隙是通过减小侧杆的开断绝缘来实现的。

24、本发明的目的还通过一种为具有多个关合和开断单元的高压断路器的分闸操作减速的方法来解决，所述高压断路器包括：

25、限定绝缘气体容积的壳体；

26、布置在壳体中的至少两个关合和开断单元，其中，每个关合和开断单元包括用于形成导电连接的第一接触元件和第二接触元件，至少第一接触元件沿所述高压断路器的开关轴可移动，并且所述至少两个关合和开断单元的第一接触元件运动耦合；以及

27、驱动装置，所述驱动装置与至少一个关合和开断单元的第一接触元件连接，并被配置为使所述第一接触元件沿开关轴在用于分离导电连接的移动距离上移动；

28、并且所述方法包括以下步骤：

29、通过根据所述移动距离增加的阻尼力，对所述至少一个关合和开断单元的第一接触元件的移动进行阻尼。

30、这种方法允许高分闸速度，同时提高该高压断路器的疲劳强度。该方法减小了驱动装置处所需的阻尼压力，同时减小或消除了附加元件(如复合材料侧杆)中的压力。因此，该高压断路器的稳定性极大增加，并且由于压力引起的偏斜极大减小。

31、在一个优选实施方式中，阻尼力根据所述移动距离成比例地或指数式地增加。

32、在另一个优选实施方式中，该高压断路器包括具有至少一个通孔的气体阻尼器，所述至少一个通孔尤其布置在径向延伸的横向表面和/或轴向延伸的侧表面中，用于对所述至少一个关合和开断单元的第一接触元件的移动进行阻尼。

33、根据另一个优选实施方式，气体阻尼器包括具有封闭的第一端的阻尼容积和配置为从与第一端相反的第二端移动入阻尼容积中的活塞元件。

34、在另一个优选实施方式中，第一端被设置为具有封闭的径向延伸的横向表面的杯状和/或管状。

35、该方法的其它实施方式和优点由本领域技术人员从前文所述的高压断路器中直接并明确地得出。