专利名称：断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种断路器，至少具有一个充满绝缘介质的、沿中心轴线延伸的、包括一个功率电流通路的圆柱形消弧室，并具有两个固定设置在中心轴线上的、彼此在轴向上相互分离的、布置在功率电流通路上的灭弧触点装置，并具有一个可在接通状态下与该灭弧触点装置导电连接的，可移动的桥接接触件，还具有一个置于所述固定式灭弧触点装置之间的电弧区以及一个与所述功率电流通路平行布置的、包括可移动的额定电流接触件的额定电流通路。
由德国公开专利说明书DE 4200896 A1可以悉知一种断路器，其中装有一个具有两个相隔一间距而固定的灭弧触点的消弧室。该消弧室内充入加压的绝缘气体，如SF6气体。当消弧室处于接通(合闸)状态时，所述两个灭弧触点凭借一个可移动的桥接触点彼此通电连接。该桥接触点同心地围绕圆柱形的灭弧触点。所述桥接触点与两个灭弧触点构成一个功率电流通路，该通路只有在断开时才加载电流。断路时，所述桥接触点从第一灭弧触点向下滑动，并拉出一条电弧，该电弧首先在第一灭弧触点与面对该触点的桥接触点的末端之间产生。一旦该电弧达到第二灭弧触点的末端，电弧的基点就立即从桥接触点的末端转移到第二灭弧触点。此时，电弧就在所述两个灭弧触点之间燃烧，直至受到气流的喷吹而熄灭。喷吹气流所需的压力绝缘气体通常是利用一个与可移动的桥接触点相连接的喷吹活塞产生的。
该断路器具有一个与功率电流通路平行的额定电流通路，后者在断路器接通状态下带有运行电流。该额定电流通路是同心地围绕所述功率电流通路布置的。该桥接触点与一个可移动的，设置在额定电流通路中的额定电流触点以常闭方式机械连接。在断路时，首先该额定电流通路断开，然后该断开的电流转向功率电流通路。此时，如上所述，形成一条电弧，然后又被熄灭。
该桥接触点由于其尺寸的缘故具有相对较大的移动质量，在断路操作过程中，必须对其先加速，再减速，所以断路器的传动装置必须为此提供所需的能量。
德国公开专利说明书DE 3127962 A1介绍了另一种断路器，其中装有一个具有两个以一间隔固定的灭弧触点的消弧室。该消弧室充入加压的绝缘气体，如SF6气体。当消弧室处于接通状态时，所述两个灭弧触点可凭借一个可移动的桥接触点彼此通电连接。该桥接触点同心地围绕圆柱形灭弧触点布置。所述桥接触点同样也设计成额定电流触点。当断路器断开时，其过程类似于前述的断路器。
该桥接触点由于其尺寸的缘故，同样具有相对较大的移动质量，在转换操作过程中，必须对其先加速，再减速，所以断路器的传动装置为此必须提供所需的能量。
瑞士专利说明书CH 651420也介绍了一种断路器，其中具有一个固定的喷气空腔，并向空腔内送入来自压力源的高压绝缘气体。气体进入喷气空腔以后，较高压力有所降低，所以只能以较低的喷气压力喷吹电弧。
瑞士专利说明书CH 644969也介绍了一种断路器，它具有两个串联布置的喷气空腔。当可移动的功率触点作断开运动时，凭借一个活塞装置将干净的绝缘气体压入第一喷气空腔。此外，从电弧处来的经电弧区加热的热气体也流入该第一喷气空腔中，在此与所述干净的绝缘气体相结合，组成混合气体，并在该第一喷气空腔中提高压力。在可移动的功率触点完成了预定的行程以后，从第一喷气空腔将分离出第二喷气空腔，此后，在所述两个喷气空腔中的混合气体随行程的继续而进一步被压缩。在继续的断开运动过程中，所述两个喷气空腔在压力的相互作用下，在该断路器的电弧区中彼此独立地存在。然而其中的问题是，在同一时刻，在所述两个喷气空腔中的混合气体的压力可能处于同一个数量级，但是，由于容积较小的第一喷气空腔与电弧区相结合，构成了较大的截面，因此使得此时第一喷气空腔中的压力会比第二喷气空腔中的压力更高些。这种压差完全是由于电弧的热效应引起的。所以所述两个喷气空腔中的压力状态会因不同的断开情况而异，它取决于断路电流的大小以及触点断开瞬间的状态。
本发明的任务是提供一种以上所述的断路器，它具有改进的断路能力。
以上任务的解决方案是，断路器装有至少一个高压绝缘介质发生器，所述的至少一个发生器通过至少一个喷气通道直接与电弧区连通。
这种断路器内装有高压喷气灭弧装置，其中在电弧区中实现了喷气压力的提高。高压喷气灭弧是直接在电弧区中进行的，从而可以对电弧实施特别强烈的喷吹。根据本发明所述的断路器，可用简便的方法达到比较高的喷气压力。
这种断路器具有固定的、与一个桥接触点相连的灭弧触点装置。由于该桥接触点置于所述灭弧触点装置内，因此，它可优选采用较小的直径，以及特别小的质量。在本发明中，这种桥接触点是结构简单的断路触杆，其中具有非弹性的触点构件。因此它结构简单，价格低廉。
这种断路器是以较快的断开速度操作的。其中的桥接触点的质量较小，可在较小且价格低廉的传动装置驱动下进行加速，并且在断开运动结束时可靠地减速制动。
所述可移动的额定电流触点的移动基本上慢于通过一个低速杠杆机构与其相连的断路触杆。由于对机械性能的要求较低，因此所述额定电流触点的使用寿命更长些。从而使断路器的使用性能得到基本的改进。所述可移动的额定电流触点置于一个空腔中，它与断路器内的含有由电弧形成的热气体和燃烧微粒的区域完全相隔离。这样就使所述热气体与燃烧微粒不会对额定电流触点起消极作用，从而提高了后者的稳定性与使用寿命。
由于本发明所述的灭弧触点装置及部分的壳体构件是由镜象对称的相同构件构成的，因此，又进一步降低了本发明所述断路器的成本。
为了提高喷气压力，该断路器至少应具有一个压缩装置，其中至少包括第一活塞-气缸装置，该装置至少包括两个串联布置的活塞。第一压缩活塞把该绝缘介质预压缩至第一压缩空腔中，而第二压缩活塞则把所述经过预压缩的绝缘介质继续压缩到与第一压缩空腔相隔离的第二压缩空腔中。然后，经二次压缩的绝缘介质通过至少一个喷气通道直接送入电弧区中心。通过所述两个先后相继的压缩过程可以得到较高的喷气压力，以便能对电弧进行强烈的喷灭。
本发明所述断路器的进一步构成是所述的桥接接触件是安置于灭弧触点装置内部的、沿中心轴线延伸的断路触杆，该断路触杆以10-20米/秒的断开速度移动，该断路触杆通过至少一个杠杆系统与所述可移动的额定电流接触件连接，该杠杆系统的作用方式是，使所述额定电流接触件始终以小于断路触杆的速度移动。
所述高压绝缘介质发生器至少包括一个压缩单元，后者至少具有一个第一活塞-气缸装置，该第一活塞-气缸装置中至少包括两个串连布置的活塞，其中的第一压缩活塞对处在第一压缩空腔中的绝缘介质进行预压缩，其中的第二压缩活塞进一步压缩处在与第一压缩空腔分开的第二压缩空腔中的已预压缩的绝缘介质，使其变成高压绝缘介质。
所述第二压缩活塞在其滑动于第二压缩空腔中的表面的一部分上设有轴向延伸的槽沟。
在至少一个喷气通道上装有一个过压安全阀。
所述第一压缩活塞与第二压缩活塞是依赖于断路触杆的移动而运动的。
所述高压绝缘介质发生器至少包括一个充有高压绝缘介质的高压罐，还包括一个与高压罐相连的阀门，该阀门可打开高压绝缘介质进入喷气通道的通路，并实现对其的控制。
所述阀门是一个电磁阀或是一个与桥接接触件的运动联动的机械控制的喷气阀。
所述额定电流通路上的可移动的额定电流接触件置于一个与电弧区完全隔离的空腔中。
在所述固定的灭弧触点装置之间布置了一个环形喷气区，它在一个环形的，由绝缘隔板限定的存储空腔中张开。
所述灭弧触点装置在其背离电弧区的一边上各开有孔，后者用于有控制地使电离气体从电弧区排出，进入各自相邻的排气空腔。
给高压绝缘介质发生器增加一个用于产生高压绝缘气体的第二活塞-气缸装置，或者所述灭弧触点装置装有至少一个消弧线圈，或将第二活塞-气缸装置与附加的至少一个消弧线圈组合安装。
所述灭弧触点装置的结构部件都是结构相同的部件，其布置与垂直于中心轴线的对称平面镜象对称。
所述排气空腔均是由壁板限定构成的，其中第一排气空腔是由第一壳壁和与该壳壁相连的第一托架、以及密封盖围成的，而第二排气空腔是由第二壳壁和与该壳壁相连的第二托架、以及盖围成的，用至少一个绝缘管件将第一壳壁与第二壳壁相连，但在两个壳壁之间留有一个电绝缘距离，在接通状态下，接触销搭接所述的电绝缘距离，使在第一壳壁与第二壳壁之间通电。
所述第一壳壁与第二壳壁都是结构相同的部件，其布置与垂直于中心轴线的对称平面镜象对称。
下面对照附图描述本发明的一些可能的实施方案，从而进一步阐明本发明的其他构成与优点。
图1表示本发明所述断路器的第一实施例，在接通状态下的其接触点区域的简要剖视图。
图2表示本发明所述断路器的第一实施例，在断开状态下的其接触点区域的简要剖视图。
图3表示本发明所述断路器的第二实施例，其接触点区域的局部简要剖视图。
图4表示本发明所述断路器的特别简化的剖视图，右半图表示接通状态下的断路器，左半图表示断开状态下的断路器。
图5表示本发明所述断路器第一实施例的第一个特别简化的局部剖视图，其剖视面相对于图1-4所示的剖视面绕中心线旋转了90°，左半图表示处在接通状态下的断路器，而右半图则表示断开行程约为三分之一时的断路器。
图6表示本发明所述断路器第一实施例的第二个特别简化的局部剖视图，其中剖视面的位置和图5所示的相同，左半图表示断开行程约为三分之二时的断路器，右半图则表示处在断开状态下的断路器。
图7表示本发明所述断路器第三个实施例的第三个特别简化的局部剖视图，其结构基于图5右半图所示的结构。
图8表示本发明所述断路器第四个实施例的第四个特别简化的局部剖视图。
图9表示本发明所述断路器第五个实施例的第五个特别简化的局部剖视图。
在所有的附图中，相同功能的零件都用同一个标号表示，所有对直接理解本发明不是必须的零件，图中均未示出。
图1表示本发明所述断路器的一个实施例，这是在接通状态下消弧室的触点区1的剖视图。该消弧室是绕中心轴线2中心对称地布置的。沿着该中心轴线2延伸有一个圆柱形的金属断路触杆3，后者凭借图中未示出的传动装置可以沿着中心轴线移动。该断路触杆3具有电介质制成的尖头4，必要时可给该尖头4装上导电的，耐电弧烧蚀的材料。在接通状态下，该断路触杆3将间隔距离为a的两个灭弧触点装置5，6桥接通电。
所述灭弧触点装置5具有一个如图所示的接触锥环7，后者与板型金属托架8的凸缘连接通电。接触锥环7上具有金属接触条，后者弹性地靠在断路触杆3的表面上。在托架8的朝向灭弧触点装置6的侧面上是一个用已知方法与该托架8相连的灭弧底板9，其连接方式应可防止接触条的末端10被电弧烧蚀。该灭弧底板9最好由石墨制成，它也可以由其他导电的、耐电弧的物质，如烧结的钨铜化合物制成。所述灭弧底板9的背面托架8的表面上有由耐电弧绝缘材料制成的，具有防电弧作用的环形的覆盖层36，通过该覆盖层36可以阻止所述电弧的基点过深地移进到存储空腔17中。
灭弧触点装置6在构造上与灭弧触点装置5相同，当然是彼此镜象对称的。图中的一条点划线11标出对称面。该灭弧触点装置6具有图示的接触锥环12，它与一个板型金属托架13上的一个凸缘连接通电。该接触锥环具有金属接触条，它弹性地靠在断路触杆3的表面上。在托架13的朝向该灭弧触点装置5的侧面上有一个用已知方法与托架13相连的灭弧底板14，其连接方式应可防止接触条的末端15被电弧烧蚀。该灭弧底板14最好由石墨制成，它也可以由其他导电的、耐电弧的物质，如烧结的钨铜化合物制成。所述灭弧底板14背面的托架13的表面上有由耐电弧绝缘材料制成的，具有防电弧作用的环形的覆盖层41，通过该覆盖层41可以阻止所述电弧的基点过深地移进到存储空腔17中。在本实施例中，所述两个覆盖层36与41共同构成一个环形的喷气通道，其狭窄处的距离为a。
在托架8与13之间固定了一个与中心轴线2同心布置的、由绝缘材料制成的环形隔板16。所述托架8与13，以及隔板16共同围成一个环形的存储空腔17，其中存储用于喷气灭弧的压力绝缘气体。托架8构成了一个圆柱形的，完全由金属壁包围的排气空腔18的一个端面。而托架13则构成了一个圆柱形的，完全由金属壁包围的排气空腔19的一个端面。当通过额定电流时，在断路器接通状态下，在两个排气空腔18与19的金属壁之间就形成了通电连接。
该托架13上有一个孔20，它被一个如图示的单向阀21所封住。在该孔20上连接一个管道22，后者将断开过程中与断路触杆3联动的活塞-气缸装置压缩的绝缘气体输送到存储空腔17。其中，只有存储空腔17内的压力比管道22中的压力更低时，才有可能将加压的绝缘气体输送到存储空腔17中。
图2表示在断开状态下，本发明所述断路器的消弧室的一个实施例中的接触点区域1的简要剖视图。由于断路触杆3做了如图示箭头27方向的断开移动过程，便在灭弧底板9与14之间引发了电弧23。该电弧23加热了其周围的绝缘气体，从而短时间内提高了在灭弧触点装置5与6之间的中心区，即称为消弧室的电弧区24的压力。所述加压的绝缘气体迅速地存储于存储空腔17中。然而有一部分加压的绝缘气体，一方面通过孔25流到邻接的排气空腔18中，另一方面通过孔26流到邻接的排气空腔19中。
所述断路触杆3是与活塞-气缸装置相连接的。在断开过程中，绝缘气体在该装置中被压缩。当存储空腔17的压力比管道22的压力更低时，被压缩的绝缘气体如图中箭头28所示，通过管道22流进存储空腔17中。这种情况诸如在电弧23的电流减弱，电弧区24的加热不够充分时发生。然而，当电弧23电流很强时，该电弧区24被剧烈加热，以致于压力更高的绝缘气体流进存储空腔17中。当压力超过预定的极限值时，过压安全阀29就开启，使一部分过剩压力卸到排气空腔18中。然而，如果孔25与26设计有相应的尺寸，也可以放弃过压安全阀29。
如果电弧23进入绕中心轴线2的旋转运动，自然会使电弧区24的受热程度更加强烈。图3显示本发明所述断路器在断开状态下，具有吹弧线圈30与31的接触点区域的局部剖面图。在断开状态下，该吹弧线圈30与31的磁场以已知的方式使电弧23旋转。该吹弧线圈30装在托架8的一个下凹处，其中线圈末端32有一个裸金属接触表面，一个螺栓33把该末端紧压在托架8的裸金属表面上。这样就使该线圈末端32与托架8导电连接。此外，在吹弧线圈30的朝向托架8的表面与托架8之间装有一个不导电绝缘体34。该绝缘体34与吹弧线圈30的线圈彼此相隔离。吹弧线圈30的另一个线圈末端35与灭弧底板9通电连接。所述吹弧线圈30的背离托架8的表面，以及灭弧底板9的部分表面皆是由耐电弧绝缘材料制成的具有防电弧作用的护板36。
吹弧线圈31装在托架13的下凹处，其中有一个具有裸金属接触表面的线圈末端37，一个螺丝螺栓38把所述末端紧压在托架13的裸金属表面上。这样就使线圈末端37与托架13导电连接。此外，在吹弧线圈31的朝向托架13的表面与托架13之间装有一个不导电的绝缘体39。该绝缘体39与吹弧线圈31的线圈彼此相隔离。吹弧线圈31的另一个线圈末端40与灭弧底板14通电连接。该吹弧线圈31的背离托架13的表面，以及灭弧底板14的部分表面皆是由耐灭弧的绝缘材料制成的具有防电弧作用的护板41。
所述两个吹弧线圈30与31的布置方式可使吹弧线圈30与31所形成的磁场相互增强。所述吹弧线圈30与31都可以用于本发明所述断路器的每个实施例中。在本实施例中，所述两个护板36和41可以形成一个环形的喷气通道，其狭窄处的间距是a，而且沿径向不断扩大，直至扩到存储空腔17为止。
图4显示本发明所述断路器的简化的截面示意图，右半图表示处于接通状态下的断路器。而左半图则表示处于断开状态F的断路器。该断路器是同心地绕中心轴线2布置的。图中的充满加压绝缘气体，如SF6气体，排气空腔18是由托架8、一个与托架8相连的圆柱形壳壁42以及位于托架8对面的与壳壁42用螺丝连接的气密式密封盖43所围绕形成的。该密封盖43的中央位置上，装有一个向孔25方向延伸的，圆柱形的导流体44。所述壳壁42与密封盖43，如同托架8一样，通常也是由导电性能良好的金属制成的。
该壳壁42与一个圆柱形的绝缘管件45气密连接。在与所述壳壁42相反方向的一侧，该绝缘管件45与第二圆柱形的壳壁46也气密性连接。所述壳壁46的结构完全与壳壁42相同，不过彼此是对称布置的，图中的点划线11表示了其对称平面。所述绝缘管件45是与起分离作用的隔板16同心布置的。该壳壁46与托架13相连。图中的充满加压绝缘气体，如SF6气体的排气空腔19是由托架13，一个与托架13相连的圆柱形壳壁46，以及位于托架13对面的，与壳壁46用螺丝连接的气密式机箱盖47所围绕形成的。在机箱盖47的中央位置上有一个圆柱缸体48。所述壳壁46与机箱盖47，如同托架13一样，通常也是由导电性良好的金属制成的。在两壳壁42与46之间留有一间隔6。在壳壁42的外面装有一个电流接线头固定装置49。在壳壁46的外面也装有一个电流接线头固定装置50。所述绝缘管件45是放置在由所述两个壳壁42与46所形成的环形的凹处。因此，因排气空腔18与19内的压力所形成的，在轴线方向对绝缘管件45所施加的应力被减少到最低限度。由于所述在凹处安置的设计，在运输过程也能够使所述绝缘管件45的外表面受到防护，避免损坏。
在圆柱缸体48内装有可滑动的压缩活塞51，后者与断路触杆3相连。所述压缩活塞51上装有绝缘材料制成的活塞环，从而不会有电流可从断路触杆3向圆柱缸体48的器壁泄漏出去。在断路触杆3处于断开状态时，该压缩活塞51就将存在于圆柱缸体48中的绝缘气体压缩。当出现压力差时，被压缩的绝缘气体就可以通过图中所示的管件22与22a流进存储空腔17中。当该圆柱缸体48中的压缩压力过高时，可以通过图中未示的过压安全阀向排气空腔19泄压。
在断路器的其他实施例中，也可以省去所述的压缩活塞51，管件22或22a，以及单向阀21。
所述断路触杆3可以凭借图中未示的传动装置移动，其中至少有一个杠杆52操纵断路触杆3。杠杆52的一端可旋转地固定在与断路触杆3相连的支座52a上。杠杆52的另一端可旋转又可移动地固定在壳壁46上。其中有一个摇杆53可旋转地与杠杆52相连。而且从杠杆52施加的力向一个操纵连杆54传递。该连杆54可平行于中心轴线2移动，该连杆与壳壁46及托架13之间采用低摩擦配合。连杆54的另一端与图中所示的三角形销轴碗55相连。该销轴碗55用于支撑多个弹簧悬挂的接触销56。为了防止倾斜，至少要安装两个操纵销轴碗55的所述杠杆连杆装置，如图4中所示那样。在接通状态下，该接触销56构成断路器的额定电流通路的可移动部件。图4的右边部分表示了断路器处于接通状态下的销轴碗55，其中该接触销56通电桥接在间隔6的位置上。流经断路器的电流从电流接线头49开始，通过壳壁42、接触销56及壳壁46流向电流接线头50。
在其中安置了额定电流通路可移动部件的空腔57，由于绝缘的隔板16与托架8及13的作用，完全地与电弧区24相隔离。因此，在电弧区中生成的燃烧微粒不会达到额定电路接触区域中，而这些粒子是会引起消极作用的。这样就会大大提高额定电流接触装置的使用寿命。特别是其接触表面的抗电弧性，这样就导致了断路器使用性能的提高。
各由一个杠杆52，一个摇杆53与一个连杆54所组成的连杆装置是这样布置的，即图中未示的传动装置可以使断路触杆3以较高的断路速度，例如10-20米/秒的速度运动，而由此转换到销轴碗55的断路速度则减小大约10倍，即1-2米/秒。由于销轴碗55的移动速度较慢，因此对它以及对接触销56的机械性能要求较低，所以该构件的质量可以较轻，尺寸较小。因为它们不需经受较大的机械应力。由于所述较小的移动速度，因此施加在接触销56上的机械反作用力不大，所以将所述接触销56紧压在壳壁42和46的接触表面上的弹簧的作用较弱。由于如所述的较小的弹簧作用力，使得接触销56上的接触部位，以及供接触销56滑动的接触表面的磨损显著地降低。
所述断路触杆3一方面借助于在圆柱缸体48内滑动的压缩活塞51导向，另一方面也置于导向部件58中。该导向部件58凭借星形凸缘与托架13相连。这里，在结构设计上也作到没有电流能够从断路触杆3泄漏到导向部件58上。
在所述的断路器的功率接触装置的实施例中，所述接触元件均有相同的结构，只是相对称地安装。使用相同的部件可有利地降低断路器的制造价格，而且能够简化其备品备件的仓库保管工作。
图5显示本发明所述断路器的第一实施例的第一个简化的局部截面示意图。其中，该截面相对于图1-4所示的截面绕中心轴线2作了90°的旋转。图5的左半部分表示处于接通状态下的断路器，图5的右半部分表示完成了大约三分之一断开行程的断路器。该断路器装有两个结构相同的用于压缩绝缘气体的压缩单元60与61，它们与托架13刚性连接。此外，该断路器也可以只装有一个或多个压缩单元60。该压缩单元60与61是这样安装到托架13中的，即由前者出来的接入到电弧区24中的喷气通道62与63可以设计得较短，以致于只有很小的死区空腔。该喷气通道62是与压缩单元60相匹配的，而喷气通道63是与压缩单元61相匹配的。喷气通道62与63的轴线通常是穿过电弧区24的中心。因为经喷气通道62与63的对准定位后，加压的绝缘气体能有效地吹到电弧23上。但是，也可以使所述喷气通道的轴线不穿过电弧区24的中心。
通过改变喷气通道62与63的入喷角度，可以使对电弧23的喷吹作用达到最佳化，而且使因电弧23对喷入的加压绝缘气体的加热所形成的增压作用高效地得到提高。所述的加压绝缘气体也可以通入一个环形通道中，该环形通道同心地围绕着电弧区24。从该环形通道出发，若干分布在四周的喷气通道可通入电弧区24。
所述的压缩单元60是一个圆柱体，它具有一个平行于中心轴线2的轴线64，以及第一压缩空腔65。后者在断路器处于接通状态时，比串联的第二压缩空腔66还要大。所述第一压缩空腔65通过第一压缩活塞67加载。而第二压缩空腔66则通过第二压缩活塞68加载。所述两个压缩活塞67与68通常具有图中未示出的活塞环与密封垫圈。第二压缩活塞68穿过第一压缩活塞67滑动，并在其中央密封。第二压缩活塞68的面向第二压缩空腔66的侧面，如图7更清楚地所示，表面上装有纵向延伸的槽沟69。第一压缩容积65的尺寸要与第二压缩空腔66的尺寸相匹配，从而能形成足够的用于喷吹电弧23的喷气压力。
用一个操纵连杆70可使第一压缩活塞67移动。该连杆70的另一端与一个固定在齿轮71上的支点72铰接。用一个操纵连杆73可使第二压缩活塞68移动，该连杆73的另一端与一个固定在齿轮71上的支点74铰接。该齿轮71有一个圆心75，它可旋转地放置在壳壁46中。齿轮71的齿圈与装在断路触杆3表面上的齿条76相啮合。当断路触杆3，如图中箭头27所示，作断开方向移动时，被驱动的齿轮71就作如图示箭头77方向的转动，从而驱动压缩单元60。
所述的压缩单元61是一个圆柱体。它具有一个平行于中心轴线2的轴线78，以及第一压缩空腔79。所述两个轴线64和78与中心轴线2处于一个平面上。第一压缩容积79在断路器的接通状态下比串接的第二压缩空腔80的要大。通过第一压缩活塞81使第一压缩空腔79加载，而第二压缩空腔80则通过第二压缩空腔82加载。所述两个压缩活塞81与82通常具有图中未示的活塞环与密封垫圈。该第二压缩活塞82穿过第一压缩活塞81滑动，并在其中心密封。如图7中能更清楚地看到那样，第二压缩活塞82的朝向第二压缩空腔80的侧面的表面上装有纵向延伸的槽沟69。第一压缩空腔79的尺寸要与第二压缩空腔80的尺寸相匹配，从而能形成足够高的喷吹电弧23的喷气压力。
用一个操纵连杆83可使第一压缩活塞81移动。该连杆83的另一端与一个固定在齿轮84上的支点85铰链连接。用一个操纵连杆86可使第二压缩活塞82移动。该连杆86的另一端与一个固定在齿轮84上的支点87铰接。该齿轮84有一个圆心88，它可旋转地放置在壳壁46中。齿轮84的齿圈与装在断路触杆3表面上的齿条89相啮合。当断路触杆3，如图中箭头27所示，作断开方向移动时，被驱动的齿轮84就作如图示的箭头力向90的转动，从而驱动压缩单元61。
图7表示本发明所述断路器的第三个实施例的第三个简化的局部截面示意图。其结构以图5中右半边的结构为基础。它显示了压缩单元60与61的一些结构上的细节。因为在图5与6中，由于其比例尺寸较小，较难于从图中看清。压缩单元60与61各有一个壳体91，其中装有分别用于第一压缩活塞67或81与第二压缩活塞68与82的圆柱缸体。界定出第一压缩容积65或79的该圆柱缸体各具有缸壁，并开有孔92。孔92的选位应使得在断路器处于接通状态时，第一压缩容积65或79与排气空腔19相连通，以使绝缘气体充满这个空腔。这符合在图5中左侧所示的位置。一旦断路触杆3开始如箭头方向27的断开移动时，各个第一压缩活塞67或81就将孔92关闭，使得第一压缩空腔65或79被密封。
图7显示出装在喷气通道63的一个过压安全阀93。当第二压缩容积80中的绝缘气体超过预定的界限值以后，该安全阀可允许高压绝缘气体通过喷气通道63流出，并进入电弧区24中。这个界限值可以定在100巴左右。为此必须注意到，不仅喷气通道63，而且过压安全阀93应具有尽可能小的死区空腔，以避免流出的高压绝缘气体降低压力，从而能够支配所有在压缩单元61形成的用于喷吹电弧23的压力。为此可以仅在所述两个压缩单元60与61中的一个上面装过压安全阀93。这样做的优点是，在喷吹电弧23时，如果过压安全阀93允许来自压缩单元的具有更高压力的绝缘气体通过喷气通道63喷出，那么，在第一压缩单元60产生的压缩气体的喷吹强度会产生的突然上升。如果具有更高压力的压缩单元，就可以安装一定数量的过压安全阀93，而其响应压力可以根据运行要求达到最佳化。
在图5至图7中所显示的是分开的压缩单元60与61，也可以制成单一的联动压缩单元。该压缩单元可以是绕中心轴线2的周围环形构成的。其第一压缩活塞可以是闭合环结构。后者在环形的第一压缩容积中工作。第二压缩活塞也同样地可以是环形的活塞结构，后者在相应的第二压缩容积中工作。此外，第一压缩活塞可以是闭合环结构，但第二个压缩活塞是由多个分布在该环的单体活塞所组成的。后者分别在多个圆柱缸形的第二压缩容积中滑动。
通过装在断路触杆3上的齿条76及89与齿轮71或84相齿合，使齿轮转动180°，即可实现压缩单元60及61的完整的断开冲程，但这只是本发明所述压缩单元60及61的一种驱动过程。凭借其他的受断路触杆3操纵而驱动的装有连杆的杠杆连接装置，也可以直接有效地驱动压缩单元60及61。
也可以用一个或多个通常充满绝缘气体的高压罐94代替前述的压缩单元60及61，如图8所示。其中表示了本发明所述的断路器的第四个实施例的第四个简化的局部截面示意图。图中所示的高压罐94上装有一个串联连接于喷气通道63前面的电磁阀95。该电磁阀95通过控制其动作的保护装置，在发生故障切断，特别是短路切断时，就会产生电磁动作。使得加压的绝缘气体能在一瞬间通过喷气通道63直接喷入电弧区24。每次该电磁阀95在经过预定的启开时间后，又会重新关闭。使得高压绝缘气体的损耗尽量小些。该电磁阀95也可以在每次切断状态下，不受切断电流大小的影响，自行打开。所述高压罐94上装有一个图中未示的压力监控装置。在高压罐94中有一个接门部位96，后者连接一个压力管97，通过该管向高压罐94输送新鲜的高压SF6气体，以补充已消耗的SF6气体。在接通时，向断路器中加入的绝缘气体，必须在接通后重新向排气空腔18及19输送，并作净化处理，以避免加压的壳体发生过载。所述排出的绝缘气体在一个净化处理装置98中进行净化。此后重新加压，并经过管97又输送到高压罐94中。该净化处理装置98通常位于断路器旁边，以接地电位操作，所以图中未示的输入管线与压力管97应至少有一部分由绝缘材料制成，以便能桥接电位差。
图8中显示的断路器的实施例，由于省略了圆柱缸体48与压缩活塞51而得到简化。当然，其操纵功能，即用于断路触杆3的压缩活塞51的操纵功能，必须由其他元件提供。如图3所示，特别是在切断的时间范围内，当压力喷吹还没有完全生效时，借助消弧线圈能有利地改进在电弧区24内的增压作用。这里所示的结构上的变化，可以根据相关的操作条件，互相任意组合在一起。
在断路器的一个实施例中，如果在正常运行过程中的断路不会起动压力吹弧功能，则最好增高通过电弧23的热作用所形成的消弧压力。当电弧23绕中心轴线2旋转时，就会显著地增强电弧区24的加热作用。所述旋转可以如此实现，即以常规方式把一个或多个消弧线圈安置于断路器的接触区域范围内。消弧线圈的磁场可使电弧23旋转。在本发明所述的断路器中，可以把各消弧线圈装入在托架8或13的凹槽中，如图3中所示。利用所述简单而有效的措施，就可以显著地降低输入到高压罐94中的绝缘气体的损耗。因为强电流的短路现象，虽然其切断过程需要额外增加绝缘气体的吹弧压力，但其出现的概率是很低的。
图9显示了本发明所述的断路器的第五个实施例的第五个非常简化的局部截面示意图。高压罐94被一个喷气阀99所密封，后者是直接与断路触杆3的冲程联动操作。图中的用虚线表示的作用线100，表示了断路触杆3与喷气阀99的联系与协同作用。所述喷气阀99在每次切断过程是这样操作的，即一瞬间开启，经过预定的启开时间后，再重新关闭。在断路器的切断过程中附加供入的绝缘气体也必须在接通以后，重新由排气空腔18及19输出并作净化处理。以避免加压的壳体部件发生过载现象。所述输出的绝缘气体在净化处理装置98中进行净化。然后，重新加压，并通过压力管件97送回高压罐94中。这种实施例特别适合用作发电机的断路器。后者通常只进行少量的接通过程。
高压罐94也可以用于发电机的断路器，前者所充填的绝缘气体的数量应满足所有可能的短路切断过程，并维持到下次必要的接触点维修。对于绝缘气体的再净化处理以及回收则不再需要。
在维修接触点时，可以抽出被注入的绝缘气体，而用一个充满气体的罐代替空的高压罐94。在断路器的实施过程中，所需的阀门是一个由其保护装置控制的电磁阀95，以便能保持较少的气体损耗。该电磁阀95也在预定的启开时间完毕以后就关闭。排气空腔18与19必须按以下方法测定，即被注入并首先停留在其中的绝缘气体不会造成其周围壳体的过载。
为了阐明作用方式，需要进一步观察所述附图。在切断过程中，所述断路触杆3在其切断操作中，会在灭弧底板9及14之间产生电弧23。该断路触杆3以很高的切断操作速度移动，使得该电弧23只短时间在断路触杆3的尖头上闪燃，并立即转移到灭弧底板14上。因此该尖头4几乎没有燃烧痕迹。所述灭弧底板9及14是由特别耐电弧的材料制成的，因此具有较高的使用寿命。这种断路器的灭弧触点相对只须少许维修，因此它具有较高的使用率。
由于断路触杆3的切断操作移动速度迅速，因此该电弧23很快达到其全部长度，使得接触断开以后不久，其全部电弧能量可以用于加压电弧区24中的绝缘气体。该电弧23加热其周围的绝缘气体，并在短时间内提高消弧室电弧区24中的压力。加压的绝缘气体在短时间内存储于存储空腔17中。一部分加压的绝缘气体一方面经过孔25送到排气空腔18中，另一方面经过孔26输入排气空腔19中。通常该断路触杆3是与一级活塞-汽缸装置结合的，而在切断过程中，后者压缩绝缘气体。被压缩的绝缘气体连同经过加热增压的绝缘气体，通过管道22被送入在存储空腔17中。
当存储空腔17的压力比管道22或22a的压力更低时，就会发生上述流入现象。例如，在断路器分离以前，或者当电弧23很弱，以致不足以加热电弧区24时。然而，很强的电弧23可以强烈地加热电弧区24，使得存储空腔17中产生压力较高的绝缘气体。由于所述较高的压力，使得从该活塞--汽缸装置压出的压缩气体不能进入存储空腔17。存储空腔17有可能超过预定的存诸压力极限值。当超过预定的存储压力极限值后，过压安全阀29就开启，使得过剩的压力泄到排气空腔18中。这种方法可以确保更高的安全性，防止在该区域内的内部件发生超过机械允许负荷的情况。
只要在电弧区24出现过压，高热的电离气体也通过孔25及26流入排气空腔18及19。在这种情况下，应该注意到这两个气流区域由于几何构造相似，因此在两个排气空腔18及19中可达到相同的流出比例。所述的断路触杆3的尖头置于排气空腔19中央，并与孔26相对。它与导向部件5的凸缘肋条一起影响这区域内的气流。导流体44是放在排气空腔18中的与尖头4相对应的位置上，并与孔25相对，它以类似方法影响气流。由于的构成的气流区域是相似的，所以所述两股气流也是相似的。因此，在电弧区24中形成的压力是均匀的，并有控制地从两边流出。由此，存在于存储空腔17的用于对电弧23消弧的加压绝缘气体可以持久地存储，一直到可以对电弧23进行喷吹为止。
在本断路器实施例中，电弧区24中作用的消弧压力由于附加了直接发生在电弧区24中的高压喷气，而有了显著提高，其中对电弧23的喷吹作用是特别有效的。
附图5及6中表示出压缩单元60及61的工作方式。其中在接通状态下，如图5的左半图所示，该孔92开启，使绝缘气体(通常是SF6气体，其充填压力是6巴)在该压力作用下充填第一压缩空腔65及79。一旦断路触杆3开始其如图中箭头方向27的切断运动时，它就驱动齿轮71及84运动。该卤轮71及84就作如图箭头方向77及90的旋转运动。同时通过支座52a控制杠杆连接装置，使额定电流通路的接触销朝切断方向移动。以下所述的仅是两个图中所示的压缩单元60及61。在支点72上固定的连杆70使第一压缩活塞67沿着与箭头27相反的方向，向上移动。这样，就使旋转运动转变成直线运动。第二压缩活塞68同时向下移动少许，使得在第一压缩空腔65中被压缩的SF6气体通过槽沟69进入到第二压缩空腔66中。在所述压缩过程中，SF6气体同时在所述两个空腔中被压缩。
图5的右半图中，支点87上设置了用于推动第二压缩空腔82的连杆86，前者是通过一个死点运转的。第二压缩活塞82在这里改变其移动方向，从这里开始向上移动。第一压缩活塞81保持原来的移动方向，继续提高在第一压缩空腔79中的压力。槽沟69始终使第一压缩空腔79与第二压缩空腔80保持连通。在图6的左半图中描述了转换时间点，其中第二压缩活塞68在第二压缩空腔66中滑动得较远，使得槽沟69正好关闭，导致在这时的两个空腔之间不再可能保持压力平衡。在第一压缩空腔65与第二压缩空腔66的中间压力上升为出口压力的10至15倍。连杆70的支点72此时也同样处于死点处。而第一压缩活塞67改变其移动方向。如图6中的右边部分所示第二压缩活塞82继续压缩在第二压缩空腔80的中间压力至10-15倍，直至达到其终端位置。第一压缩活塞67则向下运动，第一压缩空腔65的压力在所述的终端位置等于6巴输出压力。
相关压缩值大小的确定要考虑以下条件，即在压缩过程中没有任何压力通过喷气道62及63输出。这种假设在以下情况中将更确切地符合实际情况，如图7中所示，该过压安全阀93将持续阻止气流的排出，直至达到其起动压力为止。由此，一些特别的操作条件是完全有意义的，即对所述电弧23的喷气来得较迟，但作用力更大，如同图7所示的通过具有过压安全阀93的方案所达到的效果。
以下方案也是有利的，即在开始实际上的高压喷气之前，把来自第一压缩空腔65或79的已部分压缩过的SF6气体引出来，并用于对电弧23的喷气。这种喷气最好也通过喷气通道62及63直接达到电弧区24中。在这种喷气方式中，安装了一个气流通道，其中第一压缩空腔65或79在第二压缩空腔66或80上，与喷气通道62或63相连通。当必须切断较小的感应电流时，这将是十分有利的。该电弧23可提前较弱地被喷气，使其不中断，直到实施高压喷气时才熄灭。以这种方法，就可以简易地避免断路过压。
也可以用别的方法实施对电弧23的喷气灭弧。例如可以如上所述，通过吹弧线圈30及31，以及辅以单级活塞一汽缸装置压缩SF6气体，后者被送入到存储空腔17中，进行喷气灭弧。其中，该高压喷气可以任意分级，以最佳地适合于断路器的各种操作条件。
在现有的断路器中，被压缩的绝缘介质也可以是绝缘的液体。其中特别有利的一种方式是，液体并不直接喷到电弧区24中。特别是对于液化气体，它适宜首先喷到存储空腔17中。
在使用高压罐94的断路器实施例中，可以通过吹弧线圈30及31，以及辅以单级活塞--汽缸装置压缩SF6气体，后者被送入到存储空腔17中，进行喷气灭弧。以最佳地适合于断路器的相应操作条件。
本发明所述的断路器特别适用于中压断路装置。该断路器的紧凑的圆柱形结构特别适合于安装在加金属罩的设备中，也特别适合于安装在加金属罩的发电设备中。这种断路器特别适合于取代陈旧的断路器。因为达到相同的或更高的切断能力，它只需要更小的空间。通常采用这样的设备不需要更昂贵的施工费用。当该断路器用于操作电压高于24至30KV的场合时，必须使图中所示的距离a和b加长，以及适应所需的电压。在这种情况下，断路触杆3的断开速度也必须相应地提高。
本发明所述断路器的断路触杆3的接通速度是5-10米/秒，而移动式额定电流触点的接触销56的接通速度，根据其减速杠杆机构的参数，可以以0.5-1米/秒的速度进入其接通状态。
权利要求
1.一种断路器，至少具有一个充满绝缘介质的、沿中心轴线(2)延伸的、包括一个功率电流通路的圆柱形消弧室，并具有两个固定设置在中心轴线(2)上的、彼此在轴向上相互分离的、布置在功率电流通路上的灭弧触点装置(5，6)，并具有一个可在接通状态下与该灭弧触点装置(5，6)导电连接的，可移动的桥接接触件，还具有一个置于所述固定式灭弧触点装置(5，6)之间的电弧区(24)以及一个与所述功率电流通路平行布置的、包括可移动的额定电流接触件的额定电流通路，本发明所述的特征是，-装有至少一个高压绝缘介质发生器，-所述的至少一个发生器通过至少一个喷气通道(62，63)直接与电弧区(24)连通。
2.如权利要求1所述的断路器，其特征是，-所述的桥接接触件是安置于灭弧触点装置(5，6)内部的、沿中心轴线(2)延伸的断路触杆(3)，-该断路触杆(3)以10-20米/秒的断开速度移动，-该断路触杆(3)通过至少一个杠杆系统与所述可移动的额定电流接触件连接，-该杠杆系统的作用方式是，使所述额定电流接触件始终以小于断路触杆(3)的速度移动。
3.如权利要求1或2所述的断路器，其特征是，所述高压绝缘介质发生器至少包括-个压缩单元(60，61)，后者至少具有一个第一活塞-气缸装置(60，61)，该第一活塞-气缸装置中至少包括两个串连布置的活塞，其中的第一压缩活塞(67，81)对处在第一压缩空腔(65，79)中的绝缘介质进行预压缩，其中的第二压缩活塞(68，82)进一步压缩处在与第一压缩空腔(65，79)分开的第二压缩空腔(66，80)中的已预压缩的绝缘介质，使其变成高压绝缘介质。
4.如权利要求3所述的断路器，其特征是，所述第二压缩活塞(68，82)在其滑动于第二压缩空腔(66，80)中的表面的一部分上设有轴向延伸的槽沟(69)。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的断路器，其特征是，在至少一个喷气通道(62，63)上装有一个过压安全阀(93)。
6.如权利要求3至5中任何一项所述的断路器，其特征是，所述第一压缩活塞(67，81)与第二压缩活塞(68，82)是依赖于断路触杆(3)的移动而运动的。
7.如权利要求1和2所述的断路器，其特征是，所述高压绝缘介质发生器至少包括一个充有高压绝缘介质的高压罐(94)，还包括一个与高压罐(94)相连的阀门，该阀门可打开高压绝缘介质进入喷气通道(62，63)的通路，并实现对其的控制。
8.如权利要求7所述的断路器，其特征是，所述阀门是一个电磁阀(95)或是一个与桥接接触件的运动联动的机械控制的喷气阀(99)。
9.如权利要求1至8中任何一项所述的断路器，其特征是，所述额定电流通路上的可移动的额定电流接触件置于一个与电弧区(24)完全隔离的空腔(57)中。
10.如权利要求1至9中任何一项所述的断路器，其特征是，在所述固定的灭弧触点装置(5，6)之间布置了一个环形喷气区，它在一个环形的，由绝缘隔板(16)限定的存储空腔(17)中张开。
11.如权利要求1至10中任何一项所述的断路器，其特征是，所述灭弧触点装置(5，6)在其背离电弧区(24)的一边上各开有孔(25，26)，后者用于有控制地使电离气体从电弧区(24)排出，进入各自相邻的排气空腔(18，19)。
12.如权利要求3至11中任何一项所述的断路器，其特征是，给高压绝缘介质发生器增加一个用于产生高压绝缘气体的第二活塞-气缸装置，或者所述灭弧触点装置(5，6)装有至少一个消弧线圈(30，31)，或将第二活塞-气缸装置与附加的至少一个消弧线圈(30，31)组合安装。
13.如权利要求1至12中任何一项所述的断路器，其特征是，所述灭弧触点装置(5，6)的结构部件都是结构相同的部件，其布置与垂直于中心轴线(2)的对称平面镜象对称。
14.如权利要求11所述的断路器，其特征是，-所述排气空腔(18，19)均是由壁板限定构成的，其中第一排气空腔(18)是由第一壳壁(42)和与该壳壁相连的第一托架(8)，以及密封盖(43)围成的，而第二排气空腔(19)是由第二壳壁(46)和与该壳壁相连的第二托架(13)，以及盖(47)围成的，-用至少一个绝缘管件(45)将第一壳壁(42)与第二壳壁(46)相连，但在两个壳壁(42，46)之间留有一个电绝缘距离(b)，-在接通状态下，接触销(56)搭接所述的电绝缘距离(b)，使在第一壳壁(42)与第二壳壁(46)之间通电。
15.如权利要求14所述的断路器，其特征是，所述第一壳壁(42)与第二壳壁(46)都是结构相同的部件，其布置与垂直于中心轴线(2)的对称平面镜象对称。
全文摘要
本断路器至少具有一个充有绝缘介质的、圆柱形的、沿中心轴线(2)延伸的、包括一个功率电流通路的消弧室，并具有两个固定布置在中心轴线(2)上、彼此在轴线方向上相互分离的、装置在功率电流通路的灭弧触点装置(5，6)。在接通状态下，该灭弧触点装置(5，6)被可移动的桥接接触件连接通电。在灭弧触点装置(5，6)之间有电弧区(24)。额定电流通路是平行于功率电流通路布置的。该断路器装有至少一个高压绝缘介质发生器。通过一个喷气通道(62，63)使所述高压绝缘介质从该发生器直接送入电弧区(24)中。所述高压喷气显著地改进了断路器的断开能力。
文档编号H01H33/82GK1167993SQ9711121
公开日1997年12月17日 申请日期1997年4月4日 优先权日1996年4月4日
发明者L·曾特, R·安德列斯, B·布吕尔, C·达勒, I·加夫里塔, K·卡腾纳格, J·施特希巴施 申请人:亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司