專利名稱：具有電弧保護的開關(guān)設(shè)備和電弧保護方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含充氣外殼的開關(guān)設(shè)備(switching installation)。本發(fā)明還涉及用于這種開關(guān)設(shè)備的方法。
背景技術(shù)：
由于其良好的絕緣特性，中壓和高壓開關(guān)設(shè)備——其用于超過1000V的電壓—— 廣泛地使用SF6絕緣，允許獲得緊湊的設(shè)備。然而，存在這樣的強烈愿望考慮到SF6——特別是其分解產(chǎn)物HF、SOF2, S02——對于環(huán)境的不良后果，不使用SFJt為絕緣介質(zhì)。因此， 空氣越來越多地用作絕緣介質(zhì)。作為空氣的絕緣品質(zhì)差2-4的因子的結(jié)果，設(shè)備的尺寸需要增大，以防止多個承載電壓的部件之間的電火花或電弧。這又導致偶發(fā)電弧時所釋放能量的量的增大，因為能量的量與電弧的尺寸成比例，電弧的尺寸與導電部件之間的距離成比例。在沒有進一步的措施的情況下，高能(energetic)電弧將會一直持續(xù)到電壓從承載電壓的部件上消除(taken of)，這一般是通過用對開關(guān)設(shè)備進行饋送的供電線中處于電網(wǎng)上游的外部開關(guān)將設(shè)備從電網(wǎng)關(guān)斷來實現(xiàn)。這種外部切換一般在開關(guān)設(shè)備的錯誤特性已經(jīng)被電網(wǎng)中的外部監(jiān)視系統(tǒng)檢測到之后的大約一秒后完成。然而，高能電弧的一秒可導致顯著的危險和損壞。開關(guān)設(shè)備因此必須具有這樣的措施足夠快地移除高能電弧，以便將影響減小到可接受的等級。具有帶電弧保護的充氣外殼的開關(guān)設(shè)備在EP 1 463 172 Al中介紹，其中，輸入導體在外殼中發(fā)生高能電弧時自動接地，以便停止電弧。這依賴于在發(fā)生高能電弧時外殼內(nèi)的壓力增大以及結(jié)果導致的空氣的加熱。外殼包含排氣面板，其在外殼內(nèi)的壓力增大時打開，經(jīng)由撓性電纜，作用在接地開關(guān)上。接地開關(guān)將導體短接到地，使得電弧停止。已知的開關(guān)設(shè)備具有這樣的缺點盡管電弧停止，熱氣體通過排氣面板釋放，因此可包含對于開關(guān)設(shè)備附近的操作人員的安全風險。將內(nèi)部電弧產(chǎn)生的壓力用于致動接地開關(guān)的開關(guān)設(shè)備的另一實例在EP 0 235 755 Al中示出。同樣地，在這種設(shè)備中，接地開關(guān)的致動導致內(nèi)部電弧消失。具有魯棒性的電弧保護機制對于使用SF6設(shè)備的系統(tǒng)也是有用的。盡管這種系統(tǒng)中的電弧較短、因此能量較低，電弧仍可能導致對開關(guān)設(shè)備的損壞，這可導致熱氣體——例如SF6*解產(chǎn)物——的不希望的釋放，特別重要的是，導致對操作人員的安全風險。另外，由于SF6為溫室氣體，出于環(huán)境原因，SF6的釋放是不希望的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種開關(guān)設(shè)備，該設(shè)備包含充氣外殼，其具有針對電弧發(fā)生的影響的改進的安全等級，具有大的程度的魯棒性。為此目的，包含充氣外殼的開關(guān)設(shè)備包含-輸入導體，其被布置為承載輸入電壓，輸入導體和外殼通過氣體和固體絕緣彼此絕緣；以及-致動器和電弧起動器，致動器被布置為在外殼中發(fā)生具有第一長度的第一電弧時致動電弧起動器，電弧起動器在被致動時創(chuàng)建用于具有第二長度的第二電弧的路徑，第二路徑短于第一路徑。用于第二電弧的路徑一被創(chuàng)建，第一電弧就將熄滅，具有較短長度的第二電弧將會出現(xiàn)。相比于較長的第一電弧，此較短的第二電弧將會把較小的能量引入外殼。設(shè)備將會損壞的風險因此降低。另外，如果盡管如此外殼將損壞，熱氣體的釋放以及可能的甚至是火焰將會具有較低的能量，且其影響嚴重性較低。結(jié)果，設(shè)備及例如操作者等附近人員的相關(guān)聯(lián)的危險降低。另外，較短的第二電弧將會處于良好限定的位置，即，使用電弧起動器限定的良好限定位置，而第一高能電弧的位置是不可預測的。這能在設(shè)計外殼時有利地利用，因為這樣的需求較低將整個外殼設(shè)計為能夠在任何位置耐受高能電弧達可觀的時間。例如，氣體基本上包含空氣或SF6。在另一實施例中，致動器被布置為在第一電弧發(fā)生時作用于外殼內(nèi)壓力的增大。高能電弧的發(fā)生將導致外殼內(nèi)壓力的增大，因為氣體在被加熱時膨脹。這種壓力將被稱為電弧壓力。在一實施例中，致動器包含與外殼的機械連結(jié)(mechanical link)，致動器被布置為使用機械連結(jié)將外殼的一部分的膨脹傳送到電弧起動器。在高能電弧發(fā)生時，電弧壓力產(chǎn)生外殼或其區(qū)段的膨脹。這種膨脹可由連接到膨脹區(qū)段的機械連結(jié)直接傳送。機械連結(jié)因此將隨著外殼的膨脹移動，并致動電弧起動器。電弧起動器可機械連接到致動器。或者，電弧起動器可被定位為距致動器有小的距離，使得致動器可在致動電弧起動器之前在小的距離上自由移動。在一替代性實施例中，致動器包含壓力盒，壓力盒具有連接到電弧起動器的撓性輸出表面和撓性輸入表面，電弧壓力產(chǎn)生壓力盒的撓性輸入表面的向內(nèi)移動，產(chǎn)生撓性輸出表面的向外移動。電弧壓力將作用在壓力盒上，因此將通過壓力盒轉(zhuǎn)換為電弧起動器的移動。在另一替代性實施例中，致動器包含檢測電弧發(fā)生的電弧檢測器。電弧檢測器可檢測來自第一電弧的光的等級或來自第一電弧的電離作用 (ionization)的等級。另外，電弧檢測器可使用壓力傳感器主動檢測壓力增大。一旦電弧檢測器檢測到電弧的發(fā)生，致動器將會被操作為驅(qū)動電弧起動器。在實施例中，第二長度為第一長度的至多一半。在進一步的實施例中，第二長度為第一長度的至多四分之一。由于電弧能量與電弧長度成比例，電弧長度的這種減小因此將以相同的分數(shù)直接導致電弧能量的減小，即具有因子2的的電弧長度減小將以基本上相同的因子2減小電弧
能量°電弧因此被有效地移動到電弧長度大大減小的位置。另外，電弧的長度和位置也受到良好的控制，因為它們由用于第二電弧的良好限定的路徑?jīng)Q定。在實施例中，致動器和電弧起動器位于外殼內(nèi)部。這具有這樣的優(yōu)點在外殼周圍不需要附加的空間，從而不會增大安裝外殼所需要的空間。在另一實施例中，固體絕緣包含用于對輸入導體進行絕緣的固體電纜隔離，電弧起動器被布置為，在被致動時，通過固體電纜絕緣的區(qū)段產(chǎn)生用于第二電弧的路徑。用于第二電弧的路徑因此在包含固體絕緣材料的環(huán)境中而不是在包含氣體的環(huán)境中創(chuàng)建。第二電弧的路徑因此被良好地控制，且位于相對安全的位置。在進一步的實施例中，電弧起動器包含驅(qū)動栓(peg)和有著第一表面與第二表面的絕緣插塞(plug)，絕緣插塞插入輸入導體周圍的固體電纜隔離中的孔，驅(qū)動栓被布置為， 當由致動器致動時，從第一表面到第二表面對絕緣插塞進行穿孔，以便產(chǎn)生用于第二電弧的路徑的通道。驅(qū)動栓可與外殼接觸，例如，經(jīng)由到外殼的導電性機械連接。驅(qū)動栓可以是導電性的。驅(qū)動栓可經(jīng)由外殼、直接或間接接地。絕緣插塞可被定位在電纜連接器周圍的固體絕緣中的孔中。固體絕緣和絕緣插塞確保開關(guān)設(shè)備這樣的部分在正常運行期間與外殼以及其他部分良好地絕緣其中，所有的高電壓部件被定位在距外殼和其他部件緊密的距離上。在發(fā)生高能電弧時，當外殼的膨脹區(qū)段膨脹時，一旦電弧起動器被致動器致動，絕緣破壞。在已經(jīng)對絕緣插塞進行穿孔后不久的操作中，驅(qū)動栓可基本上直接接觸輸入導體，因此將電纜連接器短接到地。驅(qū)動栓將會在與電纜連接器直接接觸時燃燒，因為其尺寸被設(shè)計為使其不能耐受短路電流。這破壞了直接接觸，并為用于第二電弧的路徑留出通道。絕緣插塞也可部分地或完全地燃燒。換句話說，一旦栓將與電纜連接器接觸或與之非常接近，栓將會燃燒。在栓已經(jīng)燃燒之后，接觸將會喪失，但電弧路徑將保留。電弧保護因此不依賴于非中斷金屬接地路徑的存在，而是通過提供第二電弧路徑繼續(xù)工作。這使得相比于如上面討論的EP 1 463 172 Al文檔中的依賴于非中斷金屬接地路徑的機制，此電弧保護更具魯棒性?；蛘?，驅(qū)動栓可對絕緣插塞進行穿孔，并進入與輸入導體的密切距離，僅僅由薄的間隙間隔開。這種薄的間隙可能足夠小，以允許電流從輸入導體流到驅(qū)動栓，基本上立即形成輸入導體與驅(qū)動栓之間的電弧。驅(qū)動栓于是可燃燒，電弧路徑可在輸入導體和地之間保
&3 甶ο驅(qū)動栓可以為在其末端具有尖銳尖端的金屬元件。尖銳的尖端允許絕緣插塞的容易的穿孔。電弧起動器還可包含具有引導通道的金屬插塞，驅(qū)動栓被布置為，當被致動器致動時，通過引導通道移動，且金屬插塞被接地。引導通道可以為貫穿金屬插塞延伸的圓柱形孔。因此產(chǎn)生的第二電弧路徑于是從輸入導體通過絕緣插塞(如果仍存在的話)中的孔延伸到金屬插塞。金屬插塞被設(shè)計為耐受短暫的短路電流脈沖。驅(qū)動栓可經(jīng)由金屬插塞接地。絕緣插塞可包含第一表面上的導電層。這在開關(guān)設(shè)備的正常運行期間將驅(qū)動栓從輸入導體介電屏蔽。
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絕緣插塞可以為用絕緣材料制造的基本上為固體的插塞。絕緣插塞可包含橡膠材料。橡膠允許通過驅(qū)動栓容易地穿孔。另外，橡膠提供了絕緣插塞一側(cè)的承載電壓的輸入導體和絕緣插塞另一側(cè)的接地部件之間的良好介電隔離。在一實施例中，絕緣插塞包含真空腔，第一表面包含第一端蓋，第一端蓋被布置為，當?shù)谝欢松w完好時保持真空腔內(nèi)的真空，當?shù)谝欢松w被驅(qū)動栓穿孔時破壞真空。真空腔在完好時提供絕緣，即在第一端蓋完好并保持真空腔內(nèi)的真空時。這樣的真空提供了非常好的絕緣。當?shù)谝欢松w被穿孔時，真空腔用來自外殼的氣體填充，由真空提供的良好絕緣被移除。結(jié)果，驅(qū)動栓與輸入導體接觸，或進入與輸入導體充分接近的距離，由此產(chǎn)生用于第二電弧的路徑的通道。在進一步的實施例中，外殼接地，以便具有良好定義的電壓基準，并使得到外部世界以及來自外部世界的干擾最小化。在致動電弧起動器時，用于第二電弧的路徑可在輸入導體和地之間被創(chuàng)建。外殼中的氣體可包含選自空氣和SF6的氣體成分?？諝夂蚐F6均可用作外殼、輸入導體和外殼內(nèi)可能的其他導電元件之間的絕緣。如上面所討論的，由于例如環(huán)境原因，可使用空氣?？墒褂肧F6,以獲得外殼的最大緊湊性。開關(guān)設(shè)備還可包含斷路器，其被連接到輸入導體，視情況可選的斷開器，用于產(chǎn)生或斷開輸入導體和導線(rail)系統(tǒng)之間的導電連接，斷開器和導線系統(tǒng)貫穿外殼。開關(guān)設(shè)備可以為三相設(shè)計，具有每個功能單元(也稱為區(qū)(field))三個的上面提到的每種部件，對于每相，這些部件彼此物理且電氣地分隔開。開關(guān)設(shè)備還可包含具有操作手柄的接地裝置，操作手柄位于外殼外部，其中，接地裝置被布置為由操作者通過操作手柄操作，并在被操作時對輸入導體和其他導電元件中的至少一個進行接地。這允許操作者手動地將開關(guān)設(shè)備引入安全模式，例如當需要接觸以進行維護時。在另一實施形態(tài)中，本發(fā)明涉及一種用于具有充氣外殼的開關(guān)設(shè)備的方法，其包含在外殼中發(fā)生具有第一長度的第一電弧時產(chǎn)生具有第二長度的第二電弧，第二長度短于第一長度。在進一步的實施例中，為第二電弧產(chǎn)生路徑包含反應(yīng)于外殼中壓力的增大。在本方法的一實施例中，用于第二電弧的路徑通過被布置為承載輸入電壓的輸入導體周圍的固體電纜絕緣的區(qū)段產(chǎn)生，輸入導體和外殼通過包含固體電纜絕緣的氣體和固體絕緣彼此進行絕緣。


將參照附圖進一步說明和介紹本發(fā)明的這些以及其他實施形態(tài)，在附圖中，對應(yīng)的參考標號表示對應(yīng)的部件圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的開關(guān)設(shè)備中通過外殼的簡化截面圖；圖2示出了在高能電弧發(fā)生時根據(jù)本發(fā)明第一實施例的開關(guān)設(shè)備中通過外殼的簡化截面圖；圖3示出了在致動電弧保護時的簡化截面圖；圖4a4c示出了在致動電弧保護之后的簡化截面圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的開關(guān)設(shè)備中通過外殼的簡化截面圖；圖6示出了在高能電弧時根據(jù)本發(fā)明第二實施例的開關(guān)設(shè)備中通過外殼的簡化截面圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的開關(guān)設(shè)備中通過外殼的簡化截面圖；圖8a示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的開關(guān)設(shè)備中通過外殼的簡化截面圖；圖8b示出了圖8a的細節(jié)；圖9a示出了在高能電弧時根據(jù)本發(fā)明第四實施例的開關(guān)設(shè)備中通過外殼的簡化截面圖；圖9b示出了圖9a的細節(jié)；圖10示出了第四實施例中使用的機械連結(jié)；圖11和圖12示出了本發(fā)明的替代性實施例的細節(jié)。
具體實施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例用于中壓或高壓的電氣開關(guān)設(shè)備5的實例的簡化截面圖。開關(guān)設(shè)備5包含用金屬制造的封閉外殼30，開關(guān)設(shè)備5的元件位于外殼內(nèi)。外殼 30被安裝在固定框架34上。在所示的實例中，開關(guān)設(shè)備5用于在連接到電纜連接33的供電線35和三相導線系統(tǒng)的導線15之一之間產(chǎn)生或斷開電氣連接。導體從電纜連接33引到斷路器12的底部連接，斷路器12采用真空斷路器的形式，其由驅(qū)動桿16致動。在開關(guān)設(shè)備5中，斷路器12用于接通和斷開電流。在所示的實例中，經(jīng)由滑動導電連接，斷路器12 的其他連接被連接到斷開器14的第一側(cè)，斷開器14由第二驅(qū)動桿17致動?；瑒訉щ娺B接意味著存在斷路器12和斷開器14之間的電氣接觸，無論斷路器12和斷開器14的位置如何。在閉合的位置上，斷開器14的另一側(cè)與分支導線18接觸，分支導線18被連接到導線 15中與圖面垂直延伸的一個。借助第二驅(qū)動桿17，斷開器14也可電氣斷開電纜連接33和導線15之間的導電路徑。斷開器14也可被引入與接地接觸四相接觸，使得從斷路器12 的整個電路可被接地。分別用于斷路器12、斷開器14的驅(qū)動桿16和第二驅(qū)動桿17由驅(qū)動機構(gòu)11驅(qū)動，該機構(gòu)位于圖1粗線所示的閉合外殼20的頂側(cè)。除了此機構(gòu)11以外，在外殼30的頂側(cè)，還有用于二次設(shè)備31 (例如安全、測量和記錄設(shè)備)和控制面板32的空間。圖1示出了截面圖，其僅僅顯示出開關(guān)設(shè)備5的一相部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明了，開關(guān)設(shè)備5的另外兩相部分位于垂直于圖面的方向，于是，對應(yīng)的分支導線18在各種情況下連接到導線系統(tǒng)的不同導線15。三相部分一起構(gòu)成功能單元，也稱為區(qū)。因此，對于完整的開關(guān)設(shè)備5，多個功能單元可彼此相鄰地安置。如示例性實施例所示，斷路器12的頂側(cè)、其驅(qū)動桿16、斷開器14及其第二驅(qū)動桿 17與分支導線18、接地接觸四和導線15的區(qū)段可被電氣絕緣障礙物10圍繞，電氣絕緣障礙物10用于關(guān)于鄰近相以及關(guān)于閉合外殼30的介電分隔(或絕緣)。電纜連接或輸入導體33具有固體電纜絕緣42，其用于關(guān)于其他導電元件以及閉合外殼30的絕緣。固體電纜絕緣42包含絕緣插塞43，其將固體電纜絕緣42的孔緊密地匹配到輸入導體33。絕緣插塞43例如用橡膠或任何其他合適的材料制造，該材料具有電氣絕緣特性，但同時又是可穿孔的。絕緣插塞43的上表面45可與輸入導體33接觸，或處于與之接近的距離。薄的金屬驅(qū)動栓51位于絕緣插塞43的下表面44側(cè)。下表面44可用導電層46覆蓋，以便在開關(guān)設(shè)備正常運行期間將驅(qū)動栓51從輸入導體33屏蔽開。驅(qū)動栓51 由金屬插塞52引導，其也配合在固體電纜絕緣42中的孔中。在所示出的實例中，金屬插塞 52接地?；蛘?，未對自身進行接地的金屬插塞52在驅(qū)動栓51被如下所述地致動時提供到外殼30的電氣接觸。代替使用金屬插塞的是，還可以實現(xiàn)這樣的驅(qū)動栓51 其能夠傳導大的電流。在這樣的替代性實施例中，驅(qū)動栓自身可被接地。絕緣插塞43、驅(qū)動栓51以及可能的金屬插塞52 —起構(gòu)成電弧起動器，其功能將在下面介紹。外殼30包含致動器，其具有與外殼30的機械連結(jié)50。機械連結(jié)50將外殼30的區(qū)段60連接到驅(qū)動栓51。圖2示出了斷開器14和外殼30之間發(fā)生第一高能電弧62時的電氣開關(guān)設(shè)備5。 此第一電弧62如此高能，以至于產(chǎn)生大量的熱，加熱外殼30中的空氣，并導致外殼30的區(qū)段60的膨脹64。由于供給電流的交流特性，此高能電弧62可被保持較長的時間，如果不采取進一步的措施的話，因為其將在交流電流的每個后續(xù)周期點燃。然而，在此實施例中，外殼的膨脹64作用在機械連結(jié)50上，這向上驅(qū)動驅(qū)動栓51。驅(qū)動栓51對絕緣插塞43穿孔， 貫通其上表面45。通過這種方式，從輸入導體33到地形成金屬的、且因此具有導電性的路徑。大的短路電流將會流經(jīng)驅(qū)動栓51。由于驅(qū)動栓51太薄，以至于不能耐受這種大電流， 驅(qū)動栓51將幾乎立即燃燒，或至少是其從金屬插塞52伸出的尖端，留下圖所示的情況之一。絕緣插塞43也可如圖如-仙所示地蒸發(fā)，或留下圖如所示的通道。在絕緣插塞 43已經(jīng)被穿孔或蒸化且驅(qū)動栓51已經(jīng)消失之后，在輸入導體33和金屬插塞52之間產(chǎn)生用于第二電弧68的路徑，如圖3所示出的那樣。第二電弧68因此具有短的長度，因此具有低于第一高能電弧62的能量，并在良好限定的位置產(chǎn)生。第一高能電弧62現(xiàn)在熄滅，所關(guān)聯(lián)的風險移除。第二較低能量電弧68通常持續(xù)到用供電線35上的外部開關(guān)移除輸入導體 33上的電壓。替代性實施例在圖5中示出。代替機械連結(jié)的是，外殼30中的致動器50包含壓力盒70。壓力盒70具有撓性輸入表面72和撓性輸出表面74。撓性輸出表面74連接到驅(qū)動栓51。驅(qū)動栓51被布置為，在被驅(qū)動時，對絕緣插塞43進行穿孔，如同在上面介紹的實施例中一樣。圖6示出了在發(fā)生第一高能電弧62時的壓力盒70的特性。外殼30內(nèi)的空氣的膨脹將會作用在撓性輸入表面72上，導致?lián)闲暂斎氡砻?2的向內(nèi)的移動76。壓力盒70內(nèi)的空氣、稀釋空氣或氣體將會將撓性輸入表面72的此向內(nèi)移動76轉(zhuǎn)換為撓性輸出表面74 的向外移動78，因此在向上的方向致動驅(qū)動栓51，以便對絕緣插塞43穿孔。另一替代性實施例在圖7中示出。外殼30包含電弧檢測器AD和主動致動器50。 電弧檢測器AD檢測由外殼30中的第一電弧62產(chǎn)生的光的等級。電弧檢測器AD可檢測絕對光等級或光等級的變化(增大)?；蛘?，電弧檢測器AD可檢測來自第一電弧62的電離作用等級。電弧檢測器AD可檢測絕對電離作用等級或電離作用等級的變化(增大)。如果電弧檢測器AD檢測到高能電弧，主動致動器50將進行操作，以便驅(qū)動驅(qū)動栓51。驅(qū)動栓51 被布置為，在被驅(qū)動時，對絕緣插塞43進行穿孔，類似于上面介紹的實施例。主動致動器50
9可具有許多不同的性質(zhì)。主動致動器50可為對驅(qū)動栓51進行驅(qū)動的電動機，例如線性電動機?；蛘?，主動致動器59可釋放預加力的彈簧(未示出)，彈簧在被釋放時作用在驅(qū)動栓 51上。圖8a、圖8b、圖9中示出了另一實施例。圖8a示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的開關(guān)設(shè)備中通過外殼的簡化截面圖。圖9示出了高能電弧時的截面圖。圖8b示出了圖8a的細節(jié)。該實施例不同于圖1-7所示的實施例，電弧起動器143、151、152被布置為驅(qū)動栓 151處于水平布置。機械固定的基準板IM被安裝在絕緣障礙物10和外殼30之間。致動器包含鉸接的機械連結(jié)150、鉸鏈156、連接器158。鉸接的機械連結(jié)150用鉸鏈156連接到基準板154，并用連接器158連接到外殼。在高能電弧時，壓力增大將導致外殼的區(qū)段60 的膨脹64。外殼的區(qū)段60的膨脹64經(jīng)由連接器158作用在鉸接的傳送連結(jié)150上。連接器158和鉸鏈156之間的鉸接機械連結(jié)150的上部252將因此向左移動。這種移動經(jīng)由鉸鏈156轉(zhuǎn)化為鉸接機械連結(jié)150的下部的向右移動。這向右驅(qū)動驅(qū)動栓151。驅(qū)動栓151 由金屬插塞152引導。在此示例性實施例中，金屬插塞152被接地。驅(qū)動栓151從左表面 144向右表面145對輸入導體33周圍的固體電纜絕緣42中的絕緣插塞143進行穿孔，因此產(chǎn)生從輸入導體33到接地金屬插塞152的用于能量較低的第二電弧68的路徑。圖10顯示出用于此第四實施例的機械連結(jié)，在該實施例用于三相設(shè)計的三區(qū)開關(guān)設(shè)備時。在此實施例中，不同相的固體電纜絕緣142以及絕緣障礙物10中的部件(輸入導體33，斷路器12，斷開器14，驅(qū)動桿16、17)在外殼30中彼此物理地且電氣地分隔開。各個固體電纜絕緣包含與對應(yīng)的電弧起動器相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)的絕緣插塞143。外殼30對于所有相和所有區(qū)共用。鉸接的機械連結(jié)150為對于所有三個區(qū)和所有三個相共用的一個元件。鉸接的機械連結(jié)150經(jīng)由連接器158連接到各相和區(qū)的外殼30，即在此實例中，總共九個連接器 158連接到鉸接機械連結(jié)150的上部252。鉸接機械連結(jié)150還包含位于下部的多個指狀物250。所述多個指狀物包含每個電弧起動器一個的指狀物250，各個指狀物250被布置為從對應(yīng)指狀物250上的對應(yīng)位置258驅(qū)動對應(yīng)的驅(qū)動栓151?？稍诎l(fā)生高能電弧時膨脹的外殼部分60因此將影響鉸接機械連結(jié)150，以便將外殼的部分60的膨脹經(jīng)由沿鉸鏈軸線256的位置的鉸鏈156和指狀物250傳送到電弧起動器的各個驅(qū)動栓151。指狀物250具有充分大的剛性，從而將鉸接機械連結(jié)150的移動傳送到驅(qū)動栓151，并對絕緣插塞143穿孔。另外，各個指狀物250具有充分的彈性，以便允許鉸接機械連結(jié)150的移動完成、直到所有其他指狀物也對對應(yīng)的絕緣插塞穿孔，因此，直到所有的區(qū)和相具有相應(yīng)的接地電流路徑。在其他的實施例中，絕緣插塞43或143是用例如橡膠的絕緣材料制造的基本上為固體的插塞。絕緣插塞的替代性實施例在圖11和圖12中示出。在此替代性實施例中，絕緣插塞243包含真空腔對6，其具有第一端蓋244和第二端蓋M5。驅(qū)動栓251被布置為接近于第一端蓋M4，并被布置為由金屬插塞252引導，以便在致動器250在外殼中發(fā)生高能電弧 62時被致動時對第一端蓋244穿孔。真空腔246通常包含真空，提供輸入導體33和例如驅(qū)動栓251的其他導電部件之間的強絕緣。然而，當致動器250被致動時，驅(qū)動栓251對第一端蓋244穿孔，因此破壞真空。在其他的實施例中，驅(qū)動栓251的移動可持續(xù)，直到其與第二端蓋245接觸，在另外的實施例中，驅(qū)動栓251也可對第二端蓋245穿孔。一旦第一端蓋2M被穿孔，真空被破壞，真空腔243用來自外殼的氣體——例如空氣——填充。結(jié)果，早先由真空提供的好的絕緣喪失，第二電弧268的電弧放電在輸入導體 33和驅(qū)動栓251之間發(fā)生。在替代性實施例中，電弧將在輸入導體33和致動器250和/或金屬插塞252之間產(chǎn)生。此第二電弧268于是帶走從輸入導體33到地的電流，高能電弧62 熄滅。相比于外殼中的高能電弧62，第二電弧264具有較小的長度且能量較低，因此，降低了對設(shè)備和/或設(shè)備附近的操作人員的風險。已經(jīng)基于附圖所示的(簡化)實施例介紹了本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明了， 在本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)，多種修改和變型是可行的。例如，盡管附圖所示的實施例使用外殼中的空氣填充，外殼也可用SF6填充。關(guān)于一實施例介紹的元件可關(guān)于另一實施例使用，例如，致動器的不同實施例可與電弧起動器的任何不同實施例一起使用。
權(quán)利要求
1.一種包含充氣外殼(30)的開關(guān)設(shè)備(5)，其包含被布置為承載輸入電壓的輸入導體 (33)，輸入導體(3 和外殼(30)通過氣體和固體絕緣(10,4 彼此絕緣；以及致動器(50 ；150，156，158 ；250)和電弧起動器(43，51，52 ；143，151，152 ；243，251)，致動器(50 ；150，156，158 ；250)被布置為在外殼(30)中發(fā)生具有第一長度的第一電弧(62)時致動電弧起動器(43,51,52 ；143,151,152 ；243,251),電弧起動器(43，51，52 ；143，151，152 ；243, 251)在被致動時產(chǎn)生用于具有第二長度的第二電弧(68 ；268)的路徑，第二長度短于第一長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，致動器(50； 150，156，158 ；250)被布置為在發(fā)生第一電弧(62)時起作用于外殼(30)中的壓力的增大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，致動器(50； 150，156，158 ；250)包含與外殼 (30)的機械連結(jié)(50 ； 150，158 ；250)，致動器(50 ； 150，156，158 ；250)被布置為使用機械連結(jié)(50 ；150,158 ；250)將外殼(30)的部分(60)的膨脹傳送到電弧起動器(43,51,52 ；143， 151，152 ；243,251)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，致動器(50)包含壓力盒(70)，壓力盒(70) 具有撓性輸入表面和連接到電弧起動器的撓性輸出表面(74)，壓力盒被布置為以撓性輸入表面(72)的向內(nèi)移動(76)作用于外殼(30)中壓力的增大，并產(chǎn)生撓性輸出表面 (74)的向外移動(78)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，致動器(50)包含對電弧的發(fā)生進行檢測的電弧檢測器(AD)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，第二長度為第一長度的至多一半。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，致動器(50；150 ；250)和電弧起動器(43，51，52 ；143，151，152 ；251)位于外殼(30)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，固體絕緣包含用于隔離輸入導體(33)的固體電纜絕緣(42)，電弧起動器(43,51,52 ；143,151,152 ；243, 251)被布置為在被致動時產(chǎn)生通過固體電纜絕緣G2)的區(qū)段的用于第二電弧(68J68)的路徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，固體電纜隔離02)具有孔，且其中，電弧起動器(43，51，52 ；143，151，152 ；243，251)包含驅(qū)動栓(51 ；151 ；251)和具有第一表面(44 ； 144 ；244)以及第二表面05 ； 145 ；245)的絕緣插塞(43 ； 143 ；243)，絕緣插塞(43 ； 143 ； 243)被插入固體電纜隔離G2)的孔，驅(qū)動栓(51 ；151 ；251)被布置為，當由致動器(50 ； 150 ；250)致動時，從第一表面04 ； 144 ；244)基本上到第二表面05 ；145 ；245)地對絕緣插塞(43 ； 143 ；243)進行穿孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，電弧起動器還包含接地的金屬插塞(52； 152 ；253)，其具有用于引導驅(qū)動栓(51 ；151 ；251)的引導通道。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，絕緣插塞(M3)包含真空腔046)， 第一表面包含第一端蓋044)，第一端蓋被布置為，當?shù)谝欢松w(M4)完好時保持真空腔 (246)中的真空，當?shù)谝欢松w(M4)被驅(qū)動栓051)穿孔時破壞真空。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任意一項的開關(guān)設(shè)備(5)，其還包含斷路器(12)，其被連接到輸入導體(33)，視情況可選的斷開器(14)，用于在輸入導體和導線系統(tǒng)(15)之間產(chǎn)生或破壞導電連接，斷開器(14)和導線系統(tǒng)(15)貫穿外殼(30)。
13.一種用于開關(guān)設(shè)備(5)的方法，該設(shè)備包含充氣外殼(30)，該方法包含 在外殼(30)中發(fā)生具有第一長度的第一電弧(6 時，產(chǎn)生用于具有第二長度的第二電弧(68)的路徑，第二長度短于第一長度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，產(chǎn)生用于第二電弧(68)的路徑包含作用于外殼 (30)中壓力的增大。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的方法，其中，用于第二電弧(68)的路徑通過被布置為承載輸入電壓的輸入導體(33)周圍的固體電纜絕緣G2)的區(qū)段03)產(chǎn)生，輸入導體(33)和外殼(30)通過氣體和固體絕緣(10,4 彼此絕緣，氣體和固體絕緣(10,4 包含固體電纜絕緣(42)。
全文摘要
一種開關(guān)設(shè)備(5)，包含充氣外殼(30)、致動器(50)和電弧起動器(43，51，52)，充氣外殼(30)具有輸入導體(33)。致動器(50)被布置為在外殼(30)中發(fā)生具有第一長度的第一電弧(62)時致動電弧起動器(43，51，52)。電弧起動器(43，51，52)在被致動時產(chǎn)生用于具有第二長度的第二電弧(68)的路徑，第二長度短于第一長度。致動器(50)可被布置為在發(fā)生第一電弧(62)時起作用于外殼(30)中的壓力的增大。氣體可以為空氣或SF6。電弧起動器(43，51，52)可在被致動時產(chǎn)生通過將輸入導體(33)從外殼(30)隔離的固體電纜絕緣(42)的區(qū)段(43)的用于第二電弧(68)的路徑。
文檔編號H02B13/025GK102204045SQ200980142372
公開日2011年9月28日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者A·拉莫爾斯, G·尼特爾特 申請人:伊頓工業(yè)(荷蘭)公司