專利名稱：高壓開關的具有用于容納由切換電弧產生的滅弧氣體的加熱容積的滅弧室的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按照權利要求1的前序部分所述的具有加熱容積的 電壓開關的滅弧室。本發(fā)明還涉及一種具有這種滅弧室的開關。
背景技術：
本文開頭所述類型的滅弧室使得在直到幾百千伏的電壓范圍中切
斷50千安和更高范圍中的短路電流成為可能。它包括軸對稱構造的且
具有兩個沿軸線可彼此相對運動的電弧觸頭的接觸裝置、絕緣噴嘴、絕
緣輔助噴嘴、加熱容積和在絕緣噴嘴和絕緣輔助噴嘴之間部分地延伸的
且將電弧區(qū)和加熱容積連接起來的加熱通道。在切斷短路電流時，容納 高功率的切4灸電弧的電弧區(qū)在切斷短路電流時沿軸向方向纟皮兩個電弧
觸頭界定，并沿徑向方向被絕緣噴嘴和絕緣輔助噴嘴所界定。通過切換 電弧所形成的熱氣體從電弧區(qū)通過加熱通道引入到軸向地包圍著開關 件的加熱容積中。在該加熱容積中，被輸入的熱氣體和已位于其中的冷 氣體混合，并且當待切斷的電流接近過零點時，作為用于吹熄切換電弧 的滅弧氣體輸送到電弧區(qū)。
裝配有這種滅弧室的高壓開關的由滅弧室的介電強度所確定的斷 路功率與滅弧氣體的密度有關，也就是和滅弧氣體的壓力和溫度有關。
只要冷熱氣體彼此混合不完全，這樣當短路電流過零點之后在加熱容積 中還存有熱氣泡，這些熱氣泡和滅弧氣體一起返回電弧區(qū)，并且在那種 情況下可能會導致所不希望的回火。
在DE 199 10 66 Al中描述了 一種具有軸對稱接觸裝置的本文開頭 所述類型的滅弧室。在這種滅弧室中，在切斷時形成的并且被兩個電弧 觸頭軸向界定的電弧區(qū)通過軸對稱的加熱通道和按照環(huán)面樣式構造的 加熱容積相通。這個加熱通道用相對于對稱軸向外傾斜的區(qū)段通入到加 熱容積中。因此，在電弧區(qū)中由切換電弧形成的熱氣體以離開軸線向外 導引的速度分量進入到加熱容積中。
在由D.Yoshida、H.Ito， H.Kohyama、T.sawada、K.Kamei和MHidaka
撰寫的報告"SF6氣體滅弧電路中斷路器的電流中斷能力的評估，，
(Evaluation of Current Interrupting Capability of SF6 Gas Blast Circuit Breakers)、關于放氣和它的應用的第XIV屬國際會i義文集(2002年9 月2日至6日于利物浦)中指出，當加熱容積的沿軸向方向的長度L與 垂直于軸線的截面A的平方根之比大約為0.5時，這對于滅弧室的軸向 用熱氣體流入并且包含有冷氣的環(huán)面形的加熱容積的良好混合是有利 的。
jt匕夕卜，Georges Gaudert、 Pierre Ch6vrier、 Vicenzo Girlando禾口 Antonio Lubello在報告"具有非常低的工作能的新的電路斷路器245 KV 50 KA 50 Hz和60 Hz"( New Circuit Breaker 245 KV 50 KA 50 Hz and 60 Hz with a vey low operating Energry)(第二屬關于HV & MV分變電站i殳備的歐 洲會議一2003年11月20-21日于法國里昂)中描述了一種用于高壓斷 電器的滅弧室。在該滅弧室中為了支持驅動，設置了環(huán)面形構造的加熱 容積。加熱通道軸向地匯入這個加熱容積。為了改進流入的熱氣體和已 存在的冷氣體的混合，在加熱容器的通入口處為熱氣體設置了一些構造 成管道并且軸向地被引入到加熱容積中的導引部件。
發(fā)明內容
正如在權利要求書中所說明的，本發(fā)明的任務是提供一種本文開頭 所迷類型的滅弧室。在這種滅孤室中，為了形成在質量上高質的滅弧氣
此保證:弧室和因此裝配(這種滅弧室的開關的良好的';路功率:、
在根椐本發(fā)明的滅孤室和開關中，加熱通道的通入到加熱容積中的 區(qū)段向內相對軸線傾斜。
通過這一措施一方面達到流入加熱容積的熱氣體具有向內指向的 速度分量，并且沿著加熱容積的軸向取向的內壁被引導到沿流動方向軸 向地界定加熱容積的后壁上。向內指向的速度分量阻止熱氣流從內壁分 離，并且因此使得熱氣體能在靠近軸線的區(qū)域中深入地進入到加熱容積 中。同時在加熱容積中已存在的冷的滅弧氣體只以比較小的流動阻力對 抗流入的熱氣體，這樣，流入的熱氣體的速度沒有大的降低。由此直到 在離加熱通道匯入到加熱容積中的通入口比較大的距離處，才形成促進 熱氣體和冷的滅弧氣體混合的渦旋。由于熱氣體的粘性小，所以所形成
的渦旋在幾毫秒的比較大的時間段內在很大程度上保持穩(wěn)定，這樣在這 時間段內，冷氣體保持在加熱通道匯入加熱容積的通入口處。當待切斷 的電流接近過零點時，并且當滅弧氣流從加熱容積進入滅弧區(qū)時，早在 滅電弧過程開始時才有冷的滅弧氣體供使用，以吹熄切換電弧。這樣， 并且通過后續(xù)流出的具有良好的滅弧特性的滅弧氣體一該滅弧氣體是 由于長時間作用的渦旋的強力混合在加熱容積的背向通入口的部分中 形成的 一保證能成功地中斷不同高度和不同持續(xù)時間的短路電流。
積的尺寸成為可能。在其內口側面界定加熱口通道:絕緣;#助;;嘴在加^通 道匯入加熱容積的通入口處倒斜面，這樣，加熱容積的內壁是由滅弧室 的電孤觸頭的具有小直徑的觸頭支架構成。這樣就可減小加熱容積的外 直徑，并且因此降低了滅弧室的制造成本。
雖然大的傾斜角使得在經濟上有利的減小加熱容積的外直徑成為 可能，然而隨著傾斜角的增大，熱氣氣流具有如此的增長趨勢，即它提
早地由內壁分離。當傾斜角度超過45。時在一定的流動速度下這種分離 傾向已經比較明顯。當傾斜角度在10°到30。之間時，在同時保持加熱容 積小的外直徑的情況下，曾達到特別好地將加熱氣體軸向取向地引入到 加熱容積的內部。
有利地將通入區(qū)段按照沿傾斜方向逐漸變細的空心截錐的樣式構 造。通過實施下述措施可達到這樣一種通入區(qū)段
將絕緣輔助噴嘴倒斜面，將絕緣輔助噴嘴固定在前述的電弧觸頭的 觸頭支架上，將向外界定通入區(qū)段的形成了空心截錐的表殼面的錐形表 面成型到絕緣噴嘴中，并且固定絕緣噴嘴。
若這個表殼面在從通入區(qū)段過渡到加熱容積處被構造為環(huán)的、尖銳 棱邊所界定，則這個棱邊使熱氣流從表殼面的分離變得容易，同時還附 加地有利于渦旋在加熱容積的后壁上的形成。這樣，在由小功率的切換 電弧產生的弱的熱氣氣流中，肯定在棱邊的下游形成促進熱氣體和冷氣 體混合的渦旋。這個渦旋在功率弱的切換電弧中導致優(yōu)質的滅弧氣體。 通過下述措施達到進一步地改進熱氣流的導引，并因此也改進滅弧氣體 的介電特性，即將該尖銳棱邊設置在凸緣形式伸入到加熱容積中的環(huán) 上。
若通入區(qū)段具有至少兩個沿傾斜方向延伸，且沿圓周方向彼此錯位
設置的分通道，則在很大程度上保留有傾斜的加熱通道的有利的效果。
這主要是當這些分通道分別具有按照香蕉樣式構造的截面輪廓時才有
這種情況。
當加熱通道在它的整個長度上具有盡可能恒定的橫截面時，則加熱 氣體的流動速度在保留有向下指向的速度分量的情況下也能在整個通 入區(qū)段中保持恒定。這樣就減了由于流動的不均勻性而在加熱通道中人 們所不希望的提前形成渦旋的概率。
若將通入區(qū)段構造成沿傾斜方向逐漸變細的空心截錐，則能通過下 述措施達到通入區(qū)段中的恒定截面，即空心截錐的內表面的傾斜度比它 的表殼面的傾斜度更大。加熱容積的這樣一種尺寸有利于在加熱容積的 位于通入口處的下游部分中的渦旋的形成和穩(wěn)定。
若將加熱容積構造成環(huán)面的形式，并且沿圓周方向具有主要為矩形 的截面，并且當環(huán)面沿軸向方向的長度和環(huán)面沿徑向方向的高度之比在
l到3之間時，這對于熱氣體渦旋的形成和穩(wěn)定，并且因此對于通過熱 氣體和冷氣體的混合得到的滅弧氣體的質量也是有利的。
下面借助附圖對本發(fā)明的 一些實施例進行更加詳細的說明。這些附 圖是
圖1:按照本發(fā)明的滅弧室的第一實施方式在軸線以上部分的軸向
所作截面的俯視圖。
圖2:按照圖1的滅弧室的沿II-II線所作截面的俯視圖，
圖3:根據(jù)本發(fā)明的滅弧室的第二實施方式的和圖2相同地所作截
面的俯^L圖，
圖4:根據(jù)本發(fā)明的滅弧室的第三實施方式的和圖2相同地所作的 截面的俯一見圖。
圖5:根據(jù)本發(fā)明的滅弧室的第四實施方式在軸線以上部分的軸向 所作的截面的俯視圖。
具體實施例方式
在所有的圖中相同的附圖標記涉及作用相同的部件。在圖1和圖2 中所示的高壓斷路器包含殼體1和接觸裝置2,其中殼體1用壓縮的絕
緣氣體填充，這種絕緣氣體大體以六氟化硫、氮、氧或者二氧化碳為基 礎，或者以這些氣體的混合物，例如空氣為基礎，并且殼體1在^艮大程 度上是軸對稱構造的，其中接觸裝置2被滅弧室殼體1所容納，并且也
是在很大程度上軸對稱構造的。從在斷開過程期間示出的接觸裝置2中 示出了兩個電弧觸頭3、 4。其中，電弧觸頭3沿軸線5可運動地i殳置， 電弧觸頭4固定地支承在殼體1中。電弧觸頭4并非一定得固定設置， 它也可運動地構造。這兩個電弧觸頭3、 4被絕緣噴嘴6和用于存儲滅 弧氣體的加熱容積7同軸地包圍。這個加熱容積7按照沿圓周方向具有 矩形截面的環(huán)面樣式構造。在額定電壓典型地定為200至300千伏，并 且額定短路斷路電流典型地定為50至70千安的開關中，加熱容積7通 常能容納大約1至2升的處于壓力下的滅弧氣體。
在滅弧室的未示出的接通位置中，電弧觸頭4的左端部以導電的方 式插入到管形構造的電弧觸頭3的右端部中。在斷開時這兩個電弧觸頭 3、 4彼此分開，并且在這種情況中形成從電弧觸頭的兩個端部引出的電 弧8。這個電弧如從圖1中可看到地在電弧區(qū)9中燃燒。這個電弧區(qū)9 在軸向上受到兩個電弧觸頭3、 4的界定、并且在徑向上受到絕緣噴嘴6 和絕緣輔助噴嘴11的界定。這個電弧區(qū)9和加熱通道IO相通。這個加 熱通道IO在絕緣噴嘴6和絕緣輔助噴嘴11之間部分地軸向延伸，并且 用向內相對軸線5傾斜的區(qū)段12通入到加熱容積7中。傾斜角度為ot。 絕緣輔助噴嘴11包括電弧觸頭3的沿圓周方向由接觸突出部所形成的 自由端部。
在待斷開的電流的半波中，在電弧區(qū)9中的壓力通常比加熱容積7 中的壓力要大。然后加熱通道10將由電弧8產生的熱氣體輸送到加熱 容積7中。當接近電流的過零點電孤8的加熱效果減小時，發(fā)生流體反 向。在加熱容積7中存儲的氣體作為滅弧氣體通過加熱通道10流入電 弧區(qū)9,并且在那里吹熄電孤8,直到這個電弧在電流的過零點中被滅 除。
在加熱容積7中存儲的用于電弧吹熄的滅弧氣體的質量，并且因此 還有滅弧室的斷路功率，與由滅弧氣體的壓力和溫度所決定的氣體密度 有關。壓力和溫度主要是由電流強度和切換電弧的持續(xù)時間決定的，其 中也由加熱容積7的形狀和容積決定。加熱容積7的尺寸僅影響壓力的 形成，而加熱容積7的形狀則影響氣體的混合，并且因此影響到滅弧氣
體的溫度。滅弧氣體的質量也主要與在由電弧區(qū)9進入到加熱容積7的 路途中熱氣體的流動特性有關。通過下述措施，即通入區(qū)段12向內傾 斜地進入到加熱室7中，則用雙箭頭13表示的熱氣體得到向內指向的 速度分量，并且沿著電弧觸頭3的管形的觸頭支架14被引導到沿流動 方向軸向地界定加熱容積的后壁15上。這股向內指向的速度分量阻止 熱氣流13從觸頭支架M分離。這個觸頭支架形成了加熱容積7的軸向 取向的內壁，并且在靠近軸的區(qū)域中使得熱氣流13深入地進入加熱容 積成為可能。由此只是在遠離加熱通道10通入加熱容積7的通入口才 產生促進熱氣體13和冷氣體16混合的渦旋。由于熱氣體的粘性小，所 以在形成渦旋中形成的熱氣渦旋17在幾毫秒的比較長的時間段內基本 保持穩(wěn)定，這樣在這個時間段內，冷氣體18保持在熱通道進入加熱容 積的通入口處。
當待斷開的電流接近過零點時，并且當將滅弧氣體流從加熱容積7 引入到電弧區(qū)9時，在電弧滅除過程開始時就已將冷氣體18作為吹熄 切換電弧的特別高效的滅弧氣體使用。滅弧氣體的后來起作用的部分一 這一部分是在加熱容積7的后面的部分中通過熱氣渦旋17和冷氣體16 的強力混合形成的一在質量上也是高質的，并且如此地保證，即能成功 地中斷不同高度和持續(xù)時間的短;咯電流。
/人圖1可以看出，通入區(qū),殳12的向內傾4牛的走向在徑向方向上減 小了加熱容積7的尺寸?？梢钥吹皆谕ㄈ雲^(qū)段12中的絕緣輔助噴嘴11 的倒斜面構造。因此加熱容積7的內壁是由電弧觸頭3的具有比絕緣輔 助噴嘴11更小直徑的觸頭支架14形成，這樣就可減小這個加熱容積的 決定了加熱容積7的容積的外直徑。
傾斜角a最大可到45。。當傾斜角更大時熱氣流有過早地從觸頭支架 14分離的趨勢。當傾斜角ot在10°到30。之間時在保持加熱容積具有小的 外直徑的同時，可達到將熱氣體13良好地引導到加熱容積7的內部。
在圖和圖2所示的根據(jù)本發(fā)明的滅弧室的實施方式中，通入區(qū)段 12是按照 一種沿傾斜方向逐漸變細的空心截錐的樣式構造的。這個空心 截錐是通過下述措施達到的，即在形成作為空心截錐的內表面19的錐 形表面的情況下將絕緣輔助噴嘴11錐形地倒斜面，將作為截錐的表殼 面20的錐形表面成型到絕緣噴嘴11中，并且接著將絕緣輔助噴嘴11 固定在觸頭支架14上，并且將絕緣噴嘴6固定在加熱容積7的用附圖
標記21表示的外壁上。
加熱通道10在它的整個長度上具有盡可能恒定的截面。因此，熱 氣體的流動速度在整個加熱通道中，特別是也在通入區(qū)段12中基本上 是恒定的。因此，由于流動的不均勻性在加熱通道10中過早地形成所 不希望的渦旋的概率是小的。通過下述措施達到在通入區(qū)段12中的恒 定的截面，即表面19的傾斜度比表面20的更大。
從圖1中看到，表殼面20在從通入區(qū)段12到加熱容積7的過渡處 受到構造為環(huán)的尖銳棱邊22的界定。這個棱邊使得熱氣流13和表殼面 20的分離變得更加容易，并且因此有利于渦旋17在加熱容積在后壁15 上的形成。棱邊22的半徑典型地為0.1至1毫米。
在根據(jù)圖5的滅弧室的實施方式中，這個棱邊22設置在凸緣的形 式伸入到加熱容積中的環(huán)23上。這個環(huán)23的任務是將通入區(qū)域中的熱 氣流13進行更好的導引。
代替空心的截錐也可將通入區(qū)段12另行構造。從圖3和圖4中可 以看到，通入區(qū)段可以具有沿圓周方向彼此錯位設置的分通道12，(圖3) 和12"(圖4)。這些分通道可以具有如圖3所示的大體為圓形的截面， 或者如圖4看到的按照香蕉樣式構造的截面輪廓。
若在加熱通道7中，環(huán)面在軸向方向的長度和環(huán)面在徑向方向的高 度之比在1到3之間時，這對通過熱氣體和冷氣體混合所取得的滅弧氣 體的質量是有利的。
附圖標記表
1殼體
2接觸裝置
3、4 接觸件
5軸線
6絕緣噴嘴
7力口熱容積
8電弧
9電弧區(qū)
10力口熱通道
11絕緣輔助噴嘴
12通入區(qū)段
12，、12" 分通道
13熱氣體(流動)
14觸頭支架
15后壁
16、18冷氣體
17(熱氣)渦旋
19內表面
20表殼面
21外壁
22棱邊
23環(huán)
權利要求
1. 用于氣體絕緣的具有接觸裝置(2)的高壓開關的滅弧室，包括兩個沿軸線(5)能彼此相對運動的電弧觸頭(3、4)、絕緣噴嘴(6)、絕緣輔助噴嘴(11)、加熱容積(7)以及在絕緣噴嘴(6)和絕緣輔助噴嘴(11)之間部分地軸向延伸的、將電弧區(qū)(9)和加熱容積(7)連接起來的加熱通道(10)，其特征在于，加熱通道(10)的通入到加熱容積(7)中的區(qū)段(12)向內相對軸線(5)傾斜。
2. 按照權利要求1所迷的滅弧室，其特征在于，傾斜角(oc)最大 為45度。
3. 按照權利要求2所述的滅弧室，其特征在于，傾斜角(cx)在10度 到30度之間。
4. 按照權利要求1至3中任一項所述的滅弧室，其特征在于，通入 區(qū)段(12)構造成沿著傾斜方向逐漸變細的、空心截錐的形式。
5. 按照權利要求4所述的滅弧室，其特征在于，空心截錐的徑向向 外界定了通入區(qū)段(12)的表殼面(20)在從通入區(qū)段(12)進入到加 熱容積(7)的過渡處被構造成環(huán)的、尖銳的棱邊(22)所界定。
6. 按照權利要求5所迷的滅弧室，其特征在于，尖銳的棱邊(22) 設置在環(huán)(23)上，該環(huán)(23)構造成伸入到加熱容積(7)中的凸緣 的形式。
7. 按照權利要求1至3中任一項所述的滅弧室，其特征在于，通入 區(qū)段(12)具有至少兩個沿傾斜方向延伸的并沿圓周方向彼此錯位設置 的分通道(12', 12")。
8. 按照權利要求7所述的滅弧室，其特征在于，所述分通道(12") 分別具有按照香蕉樣式構造的截面輪廓。
9. 按照權利要求1至8中任一項所述的滅弧室，其特征在于，加熱 通道(10)在它的整個長度上具有盡可能恒定的橫截面。
10. 按照權利要求9所述的滅弧室，其特征在于，在將通入區(qū)段(12) 構造成沿傾斜方向逐漸變細的空心截錐的情況下，該空心截錐的內表面(19)的傾斜度比其表殼面(20)更大。
11. 按照權利要求1至10中任一項所述滅弧室，其特征在于，加熱 容積(7)構造成環(huán)面的形式，并且沿圓周方向具有主要為矩形的截面， 其中環(huán)面沿軸向方向的長度與環(huán)面沿徑向方向的高度之比在1到3之間。
12.高壓開關，具有按照權利要求1至11中任一項所述的滅弧室。
全文摘要
用于氣體絕緣的高壓開關的滅弧室。它包括接觸裝置(2)，該接觸裝置(2)具有兩個沿軸線(5)可彼此相對運動的電弧觸頭(3、4)，具有絕緣噴嘴(6)、絕緣輔助噴嘴(11)、加熱容積(7)和加熱通道(10)。加熱通道(10)在絕緣噴嘴(6)和絕緣輔助噴嘴(11)之間部分地軸向延伸，并且將電弧區(qū)(9)和加熱容積(7)連接起來。加熱通道(10)的通入到加熱容積(7)中的區(qū)段(12)向內相對軸線(5)傾斜。因此在斷開短路電流時，在電弧區(qū)(9)中形成的熱氣體(13)以朝向內部的速度分量流入到加熱容積(7)中，并且可在接近軸線的區(qū)域中深入地進入到加熱容積(7)中。因此可以改善在加熱容積(7)中由熱氣體(13)和已存在的冷氣體(16、18)所形成的滅弧氣體的質量。這種滅弧氣體用于吹熄在斷開時在電弧區(qū)(9)中燃燒的切換電弧(8)。
文檔編號H01H33/70GK101390179SQ200780006881
公開日2009年3月18日 申請日期2007年2月6日 優(yōu)先權日2006年2月28日
發(fā)明者A·達爾奎斯特, C·弗蘭克, M·西格 申請人:Abb研究有限公司