專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有充有絕緣氣體的金屬容器的高壓開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的高壓開(kāi)關(guān)。這種 開(kāi)關(guān)具有充有絕緣氣體的金屬容器和安裝于該容器中的熄弧室。該 熄弧室包括沿軸線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)的殼體，固定于殼體中的電弧接觸裝置，由 殼體限界的排氣容積，以及穿過(guò)殼體的壁的用于排出氣體的出口通 道。出口通道具有開(kāi)口區(qū)段，該開(kāi)口區(qū)段基本上沿軸向?qū)?zhǔn)地進(jìn)入 該容器內(nèi)。在開(kāi)關(guān)工作時(shí)，開(kāi)關(guān)室處于高壓電位，并且在切斷短路 電流時(shí)由開(kāi)關(guān)電弧產(chǎn)生的熱的排出氣體能夠通過(guò)出口通道進(jìn)入處于 接地電位的金屬容器。熱排出氣體具有較低密度，并且由此會(huì)局部 地、暫時(shí)地降低金屬容器中的絕緣氣體的介電特性。
背景技術(shù)：
在申請(qǐng)日為2006年3月14日的現(xiàn)有的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)文獻(xiàn)EP 06 40 5112.1中，對(duì)開(kāi)篇提到的高壓開(kāi)關(guān)類(lèi)型作了介紹。該開(kāi)關(guān)包括熄 弧室，該熄弧室?guī)в泄潭ㄓ跉んw中的電弧接觸裝置和集成于殼體中 的排氣單元，其具有由殼體限界的排氣體積和穿過(guò)殼體的排出氣體 出口。在排氣單元之上，以同軸方式設(shè)有筒盒形式的排氣模塊。殼 體和筒盒限制了排氣通道的開(kāi)口區(qū)段，其帶有電屏蔽，軸向?qū)?zhǔn)的 出口流開(kāi)口 。排出氣體只會(huì)整體上對(duì)金屬容器(容納熄弧室并充有絕
緣氣體)和殼體之間的氣體絕緣性能產(chǎn)生無(wú)關(guān)重要的損害，因此在大 功率開(kāi)關(guān)電弧的情況下，比如由高壓頻率/人50赫茲降到16又2/3赫 茲而引起的結(jié)果，開(kāi)關(guān)也能具有較長(zhǎng)的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
如在權(quán)利要求中所公開(kāi)的一樣，本發(fā)明目的在于提供一種開(kāi)篇
時(shí)所述類(lèi)型的高壓開(kāi)關(guān)，其具有較高的操作可靠性。
根椐本發(fā)明的開(kāi)關(guān)，在外側(cè)限制了開(kāi)口區(qū)段的殼體附件的端面
上，設(shè)有電屏蔽的棱緣(Kante)，其以環(huán)狀的形式環(huán)繞著軸線(xiàn)。引導(dǎo) 到開(kāi)口區(qū)段中的排出氣體流在此棱緣處從殼體附件分離，并并且現(xiàn) 在作為沿徑向外側(cè)被限界的氣體射流而進(jìn)入金屬容器內(nèi)。具有較小 密度并由此而只具有相對(duì)較弱介電特性的熱氣體射流由于棱緣上的 流分離而被從殼體附件端面上的強(qiáng)電負(fù)荷區(qū)域引導(dǎo)開(kāi)。因此，就可 以避免熱排出氣體基于殼體附件內(nèi)表面的柯恩達(dá)效應(yīng)(Coanda-Effekt) 而通過(guò)端面的凸曲面^C引導(dǎo)到殼體附件的同樣凸曲面上，并由此而 避免流通過(guò)介電強(qiáng)負(fù)荷區(qū)域。這種介電強(qiáng)負(fù)荷區(qū)域主要位于端面及 殼體附件外側(cè)的、和端面相鄰的區(qū)段，也就是殼體附件的場(chǎng)負(fù)載面(feld belastete Flaeche)曲率半徑相對(duì)4交小的區(qū)域。通過(guò)抑制柯恩達(dá)效應(yīng)， 在排出氣體進(jìn)入金屬容器(充有絕緣氣體并處于接地電位)的出口處， 開(kāi)關(guān)的介電強(qiáng)度能夠提高達(dá)30%，因此相應(yīng)地能夠大大提高了開(kāi)關(guān) 的可靠性。
一般而言，相對(duì)于殼體附件的場(chǎng)負(fù)載面的曲率半徑而言，棱緣 具有更小的曲率半徑。如果殼體附件內(nèi)表面的棱緣限定于排出氣體 流動(dòng)方向，那么流就能夠以限定的方式分離到較易定位的介電負(fù)荷 較輕的位置。為了達(dá)到較好的介電特性，該棱緣相對(duì)于端面的凸曲 面(其起到電屏蔽作用)設(shè)置成沿徑向向內(nèi)地偏置，和/或設(shè)置成相對(duì)于 在流的流動(dòng)方向上約束端面的緣邊，而在與該流動(dòng)方向相反的方向 上沿軸向偏置。如果在端面中設(shè)有從緣邊延伸到棱緣的臺(tái)階，那么 排出氣體在進(jìn)入金屬容器內(nèi)時(shí)也能以較小流速?gòu)臍んw附件分離，同 時(shí)棱緣受到特殊有效的電屏蔽。
為了避免使從開(kāi)口區(qū)段進(jìn)入金屬容器的熱排出氣體沿著殼體區(qū) 段(其相鄰于在內(nèi)側(cè)界定開(kāi)口區(qū)段的殼體區(qū)段)引導(dǎo)，在對(duì)應(yīng)于開(kāi)口區(qū) 段外表面的殼體區(qū)段上設(shè)有環(huán)繞著軸線(xiàn)的流環(huán)(Stroemungsring),其 具有電屏蔽的第二棱緣。該緣相對(duì)于所述外表面而沿徑向向外地偏置。有利的是，流環(huán)具有鋸齒形輪廓，并帶有設(shè)置成與排出氣體流 動(dòng)方向相反的陡峭側(cè)面。這種側(cè)面能導(dǎo)致流在形成鋸齒尖的第二棱 緣上的可靠分離，并與設(shè)置于殼體附件上的棱緣一起而形成帶有環(huán)狀截面的在介電方面有優(yōu)勢(shì)的自由射流(Freistrahl)。
通常，相鄰于上述殼體區(qū)段或流環(huán)的殼體區(qū)段錐形地變寬。因 此，如果設(shè)置在排出氣體流動(dòng)方向的流環(huán)的平坦側(cè)面具有比呈錐形 地變寬的殼體區(qū)段更大的梯度的話(huà)，那么從開(kāi)口區(qū)段向外噴射的自 由射流就能夠,皮可靠地維持。
如果在呈錐形地變寬的殼體區(qū)段上相鄰有管狀殼體區(qū)段，并且其 具有與殼體附件相匹配的直徑的話(huà)，那么由金屬容器的幾何尺度所 限定的絕緣距離就可以神皮保持。


下文將根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。其中 圖1是沿著軸線(xiàn)并通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的氣體絕緣高壓開(kāi)關(guān)一部分 區(qū)段的平面視圖；并且
圖2是圖1開(kāi)關(guān)中的圈II所示部分的放大視圖。
標(biāo)號(hào)列表
1金屬容器
2開(kāi)關(guān)室
3開(kāi)關(guān)室殼體
4電弧接觸裝
5,6電弧觸點(diǎn)
7絕緣管
8中空體
9排出氣體
10排氣容積
11氣體混合裝置
12出口通道
13導(dǎo)電體，螺栓
14套筒
15螺旋接頭
16開(kāi)口區(qū)段
17殼體區(qū)段
18殼體附件
19端接元件
20端面
21分離棱緣
22內(nèi)表面
23臺(tái)階
24流環(huán)
25分離棱緣
26， 28側(cè)面
27, 29殼體區(qū)段
30自由射流
A軸線(xiàn)
S開(kāi)關(guān)電弧
具體實(shí)施例方式
在兩視圖中用相同的標(biāo)號(hào)來(lái)表示具有相同效果的部分。圖1中 示出的高壓開(kāi)關(guān)具有充有絕緣氣體并且基本為管狀的金屬容器1,絕 緣氣體是基于六氟化硫，氮，氧，二氧化碳或這些氣體的混合物(如 空氣)，并在高達(dá)幾巴的壓力下充到金屬容器中，在金屬容器中設(shè)有
熄弧室2。熄弧室借助于圖中未示出的柱式絕緣子而電絕緣地固定于 金屬容器中。熄弧室2包括殼體3，其相對(duì)于軸線(xiàn)A設(shè)置成基本上對(duì)稱(chēng)，并且殼體內(nèi)部包括帶有兩個(gè)可相對(duì)移動(dòng)的電弧觸點(diǎn)5,6的電弧 接觸裝置4。通常，熄弧室殼體3也容納有額定電流觸點(diǎn)裝置，其用 于引導(dǎo)持續(xù)電流且平行于電弧觸點(diǎn)5,6,為了清楚起見(jiàn)，該額定電流 觸點(diǎn)裝置在圖中未示出。熄弧室殼體由絕緣管7和兩個(gè)在其端上氣 密式固定的中空金屬體形成，其中只示出了由殼體3的右端所形成 的中空體8。未示出的第二中空體形成了殼體1的左端，并固定于同 樣未示出的柱式絕緣子上。
通常，兩中空體都由例如基于鋼或鋁的鑄造金屬制成，并用于 容納熱的排出氣體9(排出氣體9在開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中形成于接觸裝置4 中)，引導(dǎo)開(kāi)關(guān)電流和屏蔽熄弧室2中的某些部分，在開(kāi)關(guān)工作時(shí)， 也就是說(shuō)，在負(fù)載高達(dá)幾百或更高千伏高壓并引導(dǎo)50千安培或更大 的短路電流時(shí)，這些部分會(huì)經(jīng)受強(qiáng)電場(chǎng)。中空體8限定了排氣體積10, 并容納有設(shè)置于排氣體積中的氣體混合裝置11。借助于穿過(guò)殼體3 的出口通道12,來(lái)自排氣容積10的排出氣體9被向外引開(kāi)到充有絕 緣氣體的金屬容器1中。開(kāi)關(guān)電流從右側(cè)通過(guò)通電流的螺栓 (stromleitender Bolzen)而供給，其導(dǎo)電式地插入到杯子形狀的套筒14 中。該杯子或套筒14的底部裝配有氣體混合裝置11。該套筒的緣邊 ^皮徑向地向外地引導(dǎo)，并借助于螺旋接頭15而固定于邊界，該邊界 限定了中空體8的軸向?qū)?zhǔn)的開(kāi)口 ，螺栓13通過(guò)該開(kāi)口而被引向外。
如圖所示，出口通道12具有通向金屬容器1的開(kāi)口區(qū)段16，其 在軸向上延伸并形成中空的圓柱形。開(kāi)口區(qū)段16在內(nèi)側(cè)由殼體1的 管狀區(qū)段17限界，在外側(cè)則由以一定距離的間隔圍繞殼體區(qū)段17 的管狀殼體附件18來(lái)限界。殼體附件18是中空體8的端接元件19 的一部分，它采用筒狀的形式，通過(guò)螺旋接頭15而連接在套筒14 上，并且元件19通過(guò)未示出的徑向延伸的連接板或螺釘而固定于其 上。
從圖2可以看出，在殼體附件18的端面20中形成有環(huán)狀的環(huán) 繞著軸線(xiàn)A(圖l)的分離棱緣21。此棱緣在左側(cè)(即在排出氣體9的流動(dòng)方向中)界定了殼體附件18的內(nèi)表面22,并且設(shè)置成相對(duì)于端 面20的起電屏蔽作用的凸曲面而沿徑向向內(nèi)地偏置。可以看出，棱 緣21也相對(duì)于在左側(cè)限定端面的緣邊而纟支向右偏置，即在與流動(dòng)方 向相反的方向上被偏置。棱緣21的沿徑向和軸向的偏置由由形成于 端面中且從該端面的緣邊延伸到棱緣21的臺(tái)階23來(lái)實(shí)現(xiàn)。
帶有以環(huán)狀的形式環(huán)繞著軸線(xiàn)的分離棱緣25的流環(huán)24形成于 殼體區(qū)段17的外壁中。棱緣25設(shè)置成相對(duì)于殼體3及殼體區(qū)段17 的圍繞外壁被沿徑向向外地偏置。流環(huán)24具有鋸齒形的輪廓，并帶 有與排出氣體9的流動(dòng)方向反向地設(shè)置的陡峭側(cè)面26。在排出氣體 的流動(dòng)方向上，與流環(huán)24相鄰地設(shè)有呈錐形地變寬的殼體區(qū)段27。 流環(huán)24的設(shè)在排出氣體流動(dòng)方向上的平坦側(cè)面28具有較大的梯度， 該梯度大于呈錐形地變寬的殼體區(qū)段27的梯度，以與殼體區(qū)段27 相鄰的方式設(shè)有管狀殼體區(qū)段29，該區(qū)段29具有與殼體附件18相 匹配的直徑。
在斷開(kāi)短路電流時(shí)，電弧觸點(diǎn)6將會(huì)通過(guò)箭頭方向的驅(qū)動(dòng)而向 左運(yùn)動(dòng)。在電弧接觸裝置4的打開(kāi)觸點(diǎn)5，6之間，將會(huì)產(chǎn)生來(lái)源于將 4^切斷的電流所々貴給形成的開(kāi)關(guān)電弧S 。該電弧加熱圍繞的絕緣氣 體，并在電流的過(guò)零點(diǎn)(Nulldurchgang)熄滅。由開(kāi)關(guān)電弧S形成的熱 氣體作為排出氣體9而進(jìn)入排氣容積10中，并在那里的氣體混合裝 置11上進(jìn)行預(yù)冷卻，在通過(guò)熄弧室殼體3的壁而被引導(dǎo)進(jìn)入出口通 道12中并離開(kāi)基本軸向?qū)?zhǔn)的開(kāi)口區(qū)段16后，而作為環(huán)狀自由射 流30而噴射入金屬殼體3中。
排出氣體9在開(kāi)口區(qū)段16中在軸向上從右向左引導(dǎo)，并沿著殼 體附件18的內(nèi)表面22和殼體區(qū)段17的外表面而流動(dòng)。在分離棱緣 21處，終止有附著于內(nèi)表面22上的排出氣體的邊界層(Grenzschicht), 因此排出氣體能夠從殼體附件18分離，并能夠作為射流而進(jìn)入金屬 容器中較小電負(fù)荷的區(qū)域。因此可以避免由于較小密度而具有相對(duì) 較弱介電特性的熱排出氣體到達(dá)強(qiáng)電負(fù)荷區(qū)域，尤其是到達(dá)端面20
的凸曲面和與之相鄰的同樣凸出彎曲的殼體附件18的外表面區(qū)段。 前述表面的凸起形狀對(duì)于控制接地金屬容器1和處于高壓電位的熄弧室2之間產(chǎn)生的電場(chǎng)來(lái)說(shuō)是必須的，就是說(shuō)，對(duì)于減小端面20上 的強(qiáng)局部電場(chǎng)、并避免陡的分離棱緣21上的強(qiáng)局部電場(chǎng)而言，這是 必須的。
在沒(méi)有分離棱緣21的情況下，由柯恩達(dá)效應(yīng)導(dǎo)致的附著于內(nèi)表 面22的邊界層會(huì)向著凸起彎曲端面20和與之相鄰的表面區(qū)段延伸， 由此熱排出氣體就會(huì)向著相對(duì)高電負(fù)荷的區(qū)域引導(dǎo)。
分離棱緣21的曲率半徑設(shè)計(jì)成大大小于端面20的表面的曲率 半徑，這有利于使出現(xiàn)于開(kāi)口區(qū)段16的排出氣體9從殼體附件18 上分離。如果需要的話(huà)，這種較小的曲率半徑能夠?qū)е滤幌Ｍ?局部出現(xiàn)較高的電場(chǎng)負(fù)載。分離棱緣21相對(duì)于起電屏蔽作用的、端 面20的曲面而以臺(tái)階形式沿徑向向內(nèi)地偏置，可以看出，它也相對(duì) 于端面20以相反于排出氣體9流的方向而沿軸向地偏置。因此，就 可以保證來(lái)自殼體附件18的排出氣體流9不僅能夠可靠地分離，而 且同時(shí)分離棱緣21還能夠特別有效地屏蔽充有金屬容器中的電場(chǎng)。
形成于殼體區(qū)段17外壁的流環(huán)24可以避免使從開(kāi)口區(qū)段16進(jìn) 入金屬容器1的熱排出氣體9沿著殼體區(qū)段27而神皮引導(dǎo)，因此排出 氣體流在分離棱緣25處能夠從殼體區(qū)段17的外壁上分離。因此， 兩分離棱緣21和25能夠?qū)е伦杂缮淞?0的形成，自由射流30以 特別良好的介電特性方式，而從開(kāi)口區(qū)段16在沒(méi)有與殼體有其它接 觸的情況下直接進(jìn)入容器中，并且它的溫度較低并由此而形成高質(zhì) 量的介電絕緣氣體。陡峭側(cè)面26有利于實(shí)現(xiàn)排出氣體流9從殼體3 上的分離。
如果使流環(huán)的平坦側(cè)面28具有比呈錐形地變寬的殼體區(qū)段27 具有更大的梯度，那么這同樣有利于排出氣體流從呈錐形地變寬的 殼體區(qū)段27上分離。
由于殼體區(qū)段29具有與殼體附件18大致相同的直徑，因此通
過(guò)由金屬容器1的幾何尺寸所限定的絕緣距離就能夠在接地容器壁 與高壓電位下的殼體附件17之間得以維持。
如圖2所示，棱緣21通常為圓形的形狀，但是如果需要的話(huà)，
也可以是部分邊緣的形式，其均勻地圍繞軸線(xiàn)在圓周方向相互以一 定間隔設(shè)置。這種部分棱緣由開(kāi)口區(qū)段形成，該開(kāi)口區(qū)段由多個(gè)軸 向?qū)虻耐ǖ涝纬?，這些通道元件均勻地分布于圓周方向上。 通常，通道元件的截面輪廓是香蕉形的，從流動(dòng)的觀(guān)點(diǎn)看來(lái)，這是 具有優(yōu)勢(shì)的，但是它也可以具有不同的形狀，比如可以更方便制造 的圓形或橢圓形。
權(quán)利要求
1.一種高壓開(kāi)關(guān)，其具有金屬容器(1)，所述金屬容器(1)充有絕緣氣體并且具有安裝于所述容器(1)中的熄弧室(2)，所述熄弧室(2)包括沿著軸線(xiàn)(A)對(duì)準(zhǔn)的殼體(3)，固定于所述殼體中的電弧接觸裝置(4)，由所述殼體(3)限界的排氣體積(10)，以及穿過(guò)所述殼體的壁的排出氣體(9)的出口通道(12)，其中，所述出口通道(12)具有進(jìn)入所述容器(1)的基本上沿軸向?qū)?zhǔn)的開(kāi)口區(qū)段(16)，所述開(kāi)口區(qū)段(16)在內(nèi)側(cè)由所述殼體(3)的管狀的第一區(qū)段(17)限界，在外側(cè)則由以一定的間隔距離圍繞所述殼體區(qū)段(17)的管狀殼體附件(18)來(lái)限界，其特征在于，在所述殼體附件(18)的端面(20)設(shè)有電屏蔽的第一棱緣(21)，其以環(huán)狀的形式環(huán)繞著軸線(xiàn)(A)的，并且用于將從所述出口通道(16)出現(xiàn)的排出氣體(9)的流從殼體附件(18)上分離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述第一棱緣(21) 在所述排出氣體(9)的流動(dòng)方向上約束了所述殼體附件(18)的內(nèi)表面 (22)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述棱緣(21) 設(shè)置成相對(duì)于所述端面(20)的起電屏蔽作用的凸曲面而徑向向內(nèi)地偏置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所 述棱緣(21)設(shè)置成相對(duì)于在所述流動(dòng)方向上約束端面的緣邊而在與所 述流動(dòng)方向相反的方向上沿軸向偏置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的開(kāi)關(guān)，其特征在于，在所述端面中設(shè)有從 所述緣邊延伸到棱緣(21)的臺(tái)階(23)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，在 所述殼體區(qū)段(17)的外表面上設(shè)有環(huán)繞著所述軸線(xiàn)(A)的流環(huán)(24),所 述流環(huán)(24)具有電屏蔽的第二棱緣(25)，所述笫二棱緣(25)相對(duì)于所 述外表面而沿徑向向外地偏置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述流環(huán)(24)具 有鋸齒形輪廓，并帶有設(shè)在與所述排出氣體(9)的流動(dòng)方向相反的方 向上的陡峭側(cè)面(26)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，以相鄰于所 述流環(huán)(24)的方式而設(shè)有呈錐形地變寬的第二殼體區(qū)段(27)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，在所述排出氣體 (9)的流動(dòng)方向上設(shè)置的所述流環(huán)(24)的平坦側(cè)面(28)具有比所述呈錐 形地變寬的笫二殼體區(qū)段(27)更大的梯度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，在所述呈 錐形地變寬的第二殼體區(qū)段(27)上連接有管狀的第三殼體區(qū)段(29)， 其具有與殼體附件(18)相匹配的直徑。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高壓開(kāi)關(guān)，其具有充有絕緣氣體的金屬容器和安裝于該容器中的熄弧室。該熄弧室包括沿軸線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)的殼體，固定于殼體中的電弧接觸裝置，由殼體限界的排氣體積和穿過(guò)殼體壁的出口通道。該出口通道具有沿軸向?qū)?zhǔn)的開(kāi)口區(qū)段(16)。開(kāi)口區(qū)段(16)在內(nèi)側(cè)由管狀區(qū)段(17)限界，在外側(cè)由管狀殼體附件(18)來(lái)限界。在殼體附件(18)的端面(20)上設(shè)有電屏蔽的棱緣(21)，出口通道(12)處的排出氣體(9)流在其上與殼體附件(18)分離。因?yàn)榕懦鰵怏w(9)在棱緣(21)與殼體附件(18)分離，所以它能夠以氣體射流(30)形式進(jìn)入金屬容器中。因此可抑制柯恩達(dá)效應(yīng)形成，并在排出氣體進(jìn)入充有絕緣氣體的容器(1)的關(guān)鍵出口位置加強(qiáng)開(kāi)關(guān)的介電強(qiáng)度，從而大大提高開(kāi)關(guān)工作的可靠性。
文檔編號(hào)H01H33/04GK101197220SQ20071019685
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2007年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月6日
發(fā)明者A·達(dá)爾奎斯特, F·瓊森, M·克里格爾, 葉向陽(yáng) 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司