电气开关设备的制作方法

1.本发明属于中电压和高电压开关技术领域并且涉及根据独立权利要求的电气开关设备，该电气开关设备特别地用作输电和配电系统中的接地设备、快速接地设备、断路器、发电机断路器、隔离器式开关、组合的隔离和接地开关、或者负载断路开关。


背景技术：

2.出于本公开的目的，术语“中电压”是指从1kv到72.5kv的电压，并且术语“高电压”是指高于72.5kv的电压。
3.电气开关设备在中电压和高电压开关应用的领域中是众所周知的。它们例如用于在发生电气故障时中断电流。作为电气开关设备的示例，断路器的任务是开断触头并保持它们彼此远离，以避免电流流动。电气开关设备、如所述断路器可以被额定为承载2000a至6300a的高标称电流，并且在110kv至1200kv的非常高的电压下切换10ka至100ka的非常高短路电流。
4.当将电气开关设备的标称触头断开连接(开断)时，流动通过电气开关设备中的电流从标称触头转换至其弧触头。同样，当将标称触头连接(关合)时，弧触头也会提前连接。在实施方式中，弧触头包括作为第一弧触头的弧触指和作为第二弧触头的杆或销，其中，弧触指围绕电气开关设备的纵向轴线布置成所谓的弧指笼，杆或销被驱动到指笼中。
5.在电气开关设备的开断过程中，在第一弧触头与第二弧触头之间、被称为弧容积(arcing volume)的区域形成电弧，该电弧是导电的，并且即使在弧触头开断或物理分离之后仍然携带电流。为了中断电流，电气开关设备包含用作介电绝缘介质并用于尽可能快地熄灭电弧的介电惰性流体。
6.熄灭电弧意味着从电弧提取尽可能多的能量。因此，流体的位于产生电弧区域的部分会在很短的时间内被显著加热(约为20’000℃至30’000℃)。这部分流体由于其体积膨胀而产生了压力，并且被从弧容积喷出。通过这种方式，电弧在电流为零的瞬间被吹走。流体流入一个或多个排出容积，在排出容积处，流体通过冷却设备被冷却并且重新引导。
7.在电气开关设备的关合过程中，第一弧触头朝向第二弧触头移动以连接至彼此，从而导致在位于第一弧触头后面的压缩容积中产生负压。为了补偿该负压，通过打开的再填充阀将流体从排出系统或罐抽吸到压缩容积中。流体在随后阶段从该压缩容积流动到弧容积中。
8.ep 0 087 578a1公开了一种电气开关设备，该电气开关设备填充有介电绝缘介质并且至少包括具有第一弧触头和配合的第二弧触头的弧触头装置。在第一弧触头的下游设置有至少第一中间容积，并且/或者在第二弧触头的下游设置有至少第二中间容积。在电气开关设备的关合过程中，流体被直接从排出系统抽吸到压缩容积中，以补偿负压。
9.us 2013/168357a1公开了一种断路器，该断路器具有固定主触头和移动主触头。固定弧触头设置在固定主触头的内侧，并且移动弧触头设置在移动主触头的内侧。断路器包括在断路器的移动侧上设置在固定缸中以形成固定缸内部空间的分隔壁、邻近分隔壁的
一个凸缘设置的机械压气室(puffer chamber)、以及设置在与分隔壁的另一个凸缘相同侧的热气体排出室。固定缸具有气体入口孔，该气体入口孔与固定缸内部空间连通并且相对于在径向上将固定缸平分的虚拟平面形成在一侧。此外，固定缸具有与固定缸内部空间连通的气体出口孔、以及与热气体排出室连通的热气体排出开口，热气体排出开口进一步与压气轴流孔连通并且在固定缸的径向方向上相对于所述虚拟平面形成在另一侧上。
10.在该结构中，气体入口孔和热气体排出开口构造为使得气体入口孔与热气体排出开口尽可能地彼此分离，以降低通过热气体排出开口排出的高温和高压气体流动进入气体入口孔的风险。us 2013/168357a1教导了将热气体排出开口布置在与电流导体相反的一侧，即布置在固定缸的下部部分中并向下定向，并且将气体入口孔布置在固定缸的上部部分中并向上定向。
11.ep 3 200 214a1公开了一种气体绝缘断路器，其包括固定触点、固定弧触点、可移动弧触点、可移动触点、中空操作杆、和喷嘴。可移动触点包括固定缸单元、可移动活塞单元、固定单元、压气室、气体入口单元和气体排放单元。气体排放物流动到中空操作杆中，到达气体排放空间。气体排放单元被设置为将压气室与气体排放空间连接，并形成允许气体在压气室与气体排放空间之间进行分配的流动路径。
12.jph01313827a公开了一种气体绝缘断路器，其包括固定触点、固定弧触点、可移动弧触点、驱动杆、可移动触点、和喷嘴。此外，断路器包括缸单元以及可移动活塞单元，其中，缸单元具有分隔壁，该分隔壁界定了压气室和热气体室。分隔壁设置有多个连通孔和止回阀，使得绝缘气体只能从压气室流动至热气体室，其中，绝缘气体通过具有气体入口的抽吸室被引入压气室。
13.通常，来自排出容积的流体、即排出流体是不清洁的，并且包含弧粉尘以及产生的颗粒，这些弧粉尘和产生的颗粒随后进入压缩容积。在后期阶段、在电流零点之后，当压缩容积与加热容积之间的中间阀打开时，这些颗粒保持在压缩容积中。加热容积流体连接至弧容积并且因此潜在污染被引导到弧容积中的流体。这可能会触发闪络或后期再燃，这对弧容积中的介电强度产生负面影响。
14.在电气开关设备比如金属封闭的高电压断路器(hvcb)的特定实施方式中，hvcb必须在用于测试工作的不同水平的短路电流压力下成功地执行o-0.3s-co操作。在关合操作期间，在压缩容积中产生负压，该负压将灭弧介质从排出系统抽吸到压缩容积中，后续可能观察到再燃。


技术实现要素：

15.本发明的目的是提供一种改进的设计，以具有可用于重新填充电气开关设备中的压缩容积的新鲜灭弧介质。
16.该目标通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求、其任何权利要求组合以及在说明书和附图中公开了各实施方式。
17.开关设备是指电气开关设备，并且可以包括例如高电压断路器、发电机断路器、隔离开关、组合式隔离和接地开关、负载断路开关、接地设备或快速接地设备。
18.公开了一种电气开关设备，该电气开关设备具有纵向轴线并且界定有罐容积。该电气开关设备包括标称触头装置，标称触头装置具有第一标称触头和配合的第二标称触
头，第一标称触头和第二标称触头优选地以纵向轴线为中心，第一标称触头和第二标称触头能够相对于彼此平行于纵向轴线移动并且彼此协作以在开关设备的关合状态与开断状态之间切换。
19.电气开关设备还包括弧触头装置，该弧触头装置具有与第一标称触头相关联的第一弧触头和与第二标称触头相关联的配合的第二弧触头，第一弧触头和第二弧触头优选地以纵向轴线为中心，第一弧触头和第二弧触头能够相对于彼此平行于纵向轴线移动并且彼此协作以在关合状态与开断状态之间切换。
20.第一弧触头和第二弧触头限定了弧容积，在关合状态与开断状态之间的切换期间在该弧容积中产生电弧，并且在该弧容积中存在有灭弧介质。灭弧介质是用作介电绝缘介质并用于尽可能快地熄灭电弧的介电惰性流体。
21.此外，电气开关设备包括环绕弧容积并将弧容积与罐容积分离的排出系统。该排出系统包括排出通道，该排出通道被设计成将弧容积流体连接至罐容积并且用于将热的灭弧介质从弧容积消散到罐容积中。这种热的灭弧介质在本公开中也被称为排出气体。
22.排出通道包括通向弧容积的弧端部和通向罐容积的第一排出开口。第一排出开口被定义为排出系统与罐容积之间的接口并且表示过渡面，排出气体从排出系统通过该过渡面传输至罐容积。
23.排出通道可以包括直接地流体连接至彼此或借助于一个或更多个中间容积流体连接至彼此的多个元件，这些元件通常是为了优化排出气体流和排出气体冷却而设想的。排出通道可以包括第一通道元件，第一通道元件可以呈排出管的形式、优选地以纵向轴线为中心，并且第一通道元件可以在弧端部开口处流体连接至弧容积并且在排出管的排出侧流体连接至第一排出容积，第一排出容积在第一排出开口处连接至罐容积并通向罐容积。
24.排出系统还包括纵向延伸的压缩导引件和优选地以气密的方式可滑动地布置在压缩导引件中的活塞。活塞可以至少部分地由第一标称触头形成。活塞在其面向弧容积的一侧是敞开的，并且活塞在其面向弧容积的一侧与压缩导引件一起界定了与弧容积流体连接的加热室。压缩导引件中的在活塞与压缩导引件之间的容积限定了压缩室。压缩室被设计成：当活塞和第一标称触头沿与弧区域相反的方向移动时，通过第一弧触头和第二弧触头从关合状态到开断状态的相对运动而在压缩阶段被压缩。此外，压缩室被设计成：当活塞和第一标称触头沿弧区域的方向移动时，通过第一弧触头和第二弧触头从开断状态到关合状态的相对运动而在膨胀阶段膨胀。
25.第一标称触头和第一弧触头电连接至第一电流导体。第二标称触头和第二弧触头电连接至第二电流导体。
26.在实施方式中，第一标称触头和第一弧触头能够沿着纵向轴线移动，并且第二标称触头和第二弧触头是固定的。在这种情况下，第一标称触头和第一弧触头连接至作为移动侧电流导体的第一电流导体。第二标称触头和第二弧触头电连接至作为固定侧电流导体的第二电流导体。
27.在其他实施方式中，第一标称触头和第一弧触头是固定的，并且第二标称触头和第二弧触头能够沿着纵向轴线移动。
28.如沿着纵向轴线观察到的，第一排出开口布置在弧容积的包括压缩室的一侧。排出系统还可以包括第二排出开口，该第二排出开口布置在弧容积的与压缩室相反的一侧。
第一排出开口可以相对于纵向轴线轴对称地形成，并且在排出系统的周向上延伸，从而在排出系统中形成连续的狭缝。对于第二排出开口，也可以有类似的布置。
29.压缩室通过流体连接装置流体连接至罐容积，其中，该流体连接装置设计成允许在膨胀阶段期间灭弧介质被从罐容积传送至压缩室以及在压缩阶段期间灭弧介质被从压缩室传送至罐容积。
30.入口通道流体连接至压缩室并延伸至与罐容积流体连接的入口开口，其中，入口通道和排出通道彼此流体分离。在膨胀阶段中，通过入口开口抽吸的灭弧介质可以从罐容积被重新填充到压缩容积。因此，入口通道与排出通道的分离防止了压缩容积被来自排出系统且含有弧粉尘的灭弧介质重新填充。因此，在压缩容积中重新填充的清洁且冷的灭弧介质在随后阶段进入弧容积。进而，这降低了后期再燃的可能性并且有助于提高介电强度，因为更清洁的灭弧介质到达了弧容积。
31.在压缩阶段，灭弧介质被从压缩容积中直接释放到容积罐中，而不是在排出系统中与排出气体混合。
32.入口通道和排出通道的分离应理解为，除了电气开关设备的组装部件之间的泄漏之外，排出通道中的或流动通过排出通道的灭弧介质只有在其首先流动通过容积罐时才可能到达入口通道。
33.清洁的灭弧介质应理解为来自罐容积的灭弧介质，而不是排出系统中存在的灭弧介质、即含有弧粉尘的排出气体。排出气体在弧触头分离后在一个点处到达罐容积。然而，弧粉尘在罐容积中与排出气体分离并积聚在罐容积的壁区域中。因此，随着时间的推移，罐容积中的灭弧介质逐渐包含更少的弧粉尘。
34.根据本发明，入口通道在电气开关设备的使用位置中沿向下方向定向。这种布置结构减少了可以进入并积聚在入口通道的内壁处的弧粉尘的量。入口通道的内壁被定义为与在压缩室与罐容积之间流动的灭弧介质接触的壁。因此，这种布置结构进一步减少了在随后阶段可以进入压缩室的弧粉尘的量。这进一步降低了后期再燃的可能性并有助于提高介电强度，因为更清洁的灭弧介质到达了弧容积。
35.电气开关设备的使用位置对应于其在现场使用的安装位置。在使用位置对应于纵向轴线沿水平方向延伸的情况下，向下应理解为沿重力方向延伸。在使用位置，可以是移动侧电流导体的第一导体和可以是固定侧电流导体的第二导体被布置在电气开关设备的与重力方向相反的一侧。
36.此外，根据本发明，当沿着纵向轴线(z)沿与弧区域相反的方向观察时，入口开口布置在第一排出开口之后。这种布置结构减少了在入口开口邻接第一排出开口的区域中从排出系统流动到入口通道中的排出气体。在该区域中，排出气体可以流动到罐容积中并且随后流动通过相邻的入口开口而进入到入口通道中。优选地，入口开口和第一排出开口没有重叠区域，以将上述相互作用减少到最小。
37.在优选实施方式中，入口通道直接流体连接至压缩室，并且可以从压缩室延伸至入口开口。在实施方式中，入口通道可以流体连接至连接室，并且从连接室延伸至入口开口，连接室流体连接至压缩室。这种后者的布置结构具有的优点是，压缩室与连接室之间的接口的几何构造可以独立于入口通道的几何构造来设计，从而在电气开关设备的设计方面提供了更大的灵活性。
38.在优选实施方式中，入口通道可以形成为中空辐条，以保持设计简单。
39.在优选实施方式中，入口通道相对于纵向轴线倾斜地延伸，当沿与弧区域相反的方向观察时径向向外延伸。换言之，当沿在压缩阶段灭弧介质从压缩室流出的方向观察时，入口通道的入口通道轴线延伸成距纵向轴线的距离增加。该实施方式的优点在于，以改善的方式在入口通道中导引新鲜的、冷的灭弧介质。
40.本公开中的术语“倾斜”还包括“垂直于纵向轴线”的取向。
41.为此，入口通道轴线相对于纵向轴线的倾斜角度可以在5
°
到85
°
、优选地30
°
到60
°
的范围内、更优选地为大约45
°
。这些范围使得能够有效地导引新鲜的、冷的灭弧介质，而对于在30
°
至60
°
的范围内的角度，发现了改善的结果，其中最佳角度约为45
°
。
42.还可以设想这样的实施方式，其中，入口通道在电气开关设备的使用位置中沿向上方向定向。由于弧粉尘在重力作用下分离并积聚在罐容积的较低内壁、即底部处，因此入口通道的向上定向具有进一步增加从入口开口到积聚的弧粉尘的距离的优点。
43.入口通道的向上方向或向下方向的选择可以取决于罐容积和排出系统的构造，罐容积和排出系统的构造对弧粉尘的积聚位置有影响。出于同样的原因，也可以设想其中入口通道向下定向并且另外的入口通道向上定向的实施方式。
44.在优选实施方式中，可以提供多个入口通道，每个入口通道具有入口开口，从而一起形成多个入口开口，以在不增加相应的入口开口的尺寸情况下增加在罐容积与压缩室之间流动的灭弧介质的量。因此，更多的灭弧介质可以流动，但吸入的弧粉尘的量不会显著增加。优选地，入口开口形成为中空辐条，以使设计简单。
45.在优选实施方式中，多个入口通道和对应的多个入口开口以相对于纵向轴线轴对称的方式周向地分布。这种布置结构使得能够有效地导引新鲜的、冷的灭弧介质。
46.然而，也可以以非对称的方式布置多个入口通道，例如当排出系统的构造不允许对称布置时。
47.在优选实施方式中，多个入口通道和对应的多个入口开口相对于纵向轴线周向地分布、相对于纵向对称平面对称地分布。这种布置结构允许进行简单的设计。
48.在优选实施方式中，多个入口开口在电气开关设备的使用位置中沿向下方向定向。上面已经详细讨论了这种布置结构的优点。这种定向减少了可以进入并积聚在入口通道的内壁处的弧粉尘的量。这降低了后期再燃的可能性并有助于提高介电强度，因为更清洁的灭弧介质到达了弧容积。
49.因此，在优选实施方式中，相同数目的入口通道布置在中央入口通道的两侧。这种构型实现了简单的设计，其优点已经在上面进行了讨论。
50.在优选实施方式中，纵向对称平面可以竖向地定向。在这种布置结构中，弧粉尘在重力的作用下在纵向对称平面的两侧以均匀的方式分离。此外，在纵向对称平面延伸穿过多个入口通道中的中央入口通道的实施方式中，中央通道及其对应的入口开口相对于多个入口通道和入口开口被布置在最低位置中。因此，最大程度地减少了通过其进入的弧粉尘。
51.在优选实施方式中，多个通道开口相对于纵向轴线周向地分布在扇区内，该扇区具有在垂直于纵向轴线的平面内测量的在5
°
至180
°
的范围内的中心角α。该扇区限定了成角度的开口，多个通道开口周向地分布在扇区中。这些成角度的扇区最大程度地减少了进入入口通道的弧粉尘。对于在60
°
至120
°
的范围内的优选角度α，可以表现出进入入口通道
的弧粉尘的进一步减少，同时在入口通道附近仍然呈现所需的机械稳定性。角度α的范围为45
°
至90
°
是更优选，以进一步优化该方面。
52.在具有纵向对称平面的实施方式中，扇区因此在纵向对称平面的两侧相等地延伸。在这种情况下，60
°
的成角度的扇区意味着多个通道开口在纵向对称平面的每侧上周向地分布在30
°
上。
53.在优选实施方式中，多个通道开口可以周向地分布，并且通道开口中的至少一个通道开口相对于其他通道开口轴向地偏移。这种构型允许将通道开口布置在60
°
至30
°
的窄扇区中，而不会减少连续的入口开口之间的周向距离，使得不会削弱支承入口开口的结构，并提高机械稳定性。
54.在优选实施方式中，入口开口和所述多个入口开口各自流体连接至再填充阀和过压阀，再填充阀设计成允许灭弧介质被从罐容积传送至压缩室，过压阀设计成允许灭弧介质被从压缩室传送至罐容积。
55.在优选实施方式中，电气开关设备包括在背对弧容积的一侧邻接压缩室的引导元件，并且入口开口和所述多个入口开口各自形成在所述引导元件中。
56.在优选实施方式中，引导元件形成为中空导管、优选地形成为筒形，从而界定了具有侧向壁的连接室。连接室被设计成在导管端部处流体连接至压缩室。相反的端部以气密的方式封闭，以避免与排出系统流体连通。侧向壁具有多个窗口，每次一个入口通道从窗口径向向外延伸，从而形成多个入口通道。每个入口通道延伸穿过侧向壁并延伸至对应的入口开口，从而形成多个入口开口。还可以将入口通道设计成使得它们在电气开关设备的使用位置中沿向下方向向外延伸。提供引导元件的优点在于，可以通过仅调节引导元件的几何构造而使电气开关设备的设计可以容易地适应不同的排出构型。
57.在优选实施方式中，灭弧介质是介电绝缘介质，其包含sf6和/或co2和/或有机氟化合物，有机氟化合物选自包括下述各者的组：氟醚、环氧乙烷、氟胺、氟酮、氟烯烃、氟腈、以及其混合物和/或分解产物。
58.出于本公开的目的，在电气开关设备中使用的灭弧介质可以是sf6气体或任何其他介电绝缘介质，其可以是气体和/或液体、并且特别地可以是介电绝缘气体或灭弧气体。这种介电绝缘介质可以例如包括包含有机氟化合物的介质，这种有机氟化合物选自包括下述各者的组：氟醚、环氧乙烷、氟胺、氟酮、氟烯烃、以及其混合物和/或分解产物。本文中，术语“氟醚”、“环氧乙烷”、“氟胺”、“氟酮”和“氟烯烃”是指至少部分氟化的化合物。特别地，术语“氟醚”包括氢氟醚和全氟醚两者，术语“环氧乙烷”包括氢氟碳乙烷和全氟环氧乙烷两者，术语“氟胺”包括氢氟胺和全氟胺两者，术语“氟酮”包括氢氟酮和全氟酮两者，并且术语“氟烯烃”包括氢氟烯烃和全氟烯烃两者。因此，可以优选的是，氟醚、环氧乙烷、氟胺和氟酮是完全氟化的、即全氟化的。
59.在高电压或中电压开关设备中，当加热到高于一定水平时，灭弧介质会分解，这在某些操作条件下可能会遇到。这种分解是不期望的，因为它降低了灭弧介质的绝缘性能。sf6具有在其被冷却时重新结合的特性，并且由此基本上恢复其完全的介电特性，从而对电气开关设备的性能产生积极影响。
60.在实施方式中，灭弧介质选自包括下述各者的组：一种(或多种)氢氟醚、一种(或多种)全氟酮、一种(或多种)氢氟烯烃、以及其混合物。
61.特别地，在本发明上下文中使用的术语“氟酮”应广泛地进行解释并且应该包括氟单酮和氟二酮两者或通常包括氟多酮。明确地，分子中可能存在多于一个的侧接碳原子的羰基。该术语还应包括饱和化合物和不饱和化合物两者，所述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的烷基链可以是直链或支链的，并且可以可选地形成环。
62.在实施方式中，灭弧介质包含至少一种化合物，所述化合物为氟单酮和/或还包含并入分子的碳主链中的取代一个或更多个碳原子的杂原子，比如以下各者中的至少一者：氮原子、氧原子和硫原子。更优选地，氟单酮(特别地全氟酮)可以具有3个至15个或者4个至12个碳原子并且特别地5个至9个碳原子。最优选地，其可以包括正好5个碳原子和/或包括正好6个碳原子和/或包括正好7个碳原子和/或包括正好8个碳原子。
63.在实施方式中，灭弧介质包括至少一种为氟烯烃的化合物，该化合物选自包括下述各者的组：包括至少三个碳原子的氢氟烯烃(hfo)、包括正好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)、以及其混合物。
64.介电绝缘介质还可以包括不同于有机氟化合物(特别是不同于氟醚、环氧乙烷、氟胺、氟酮和氟烯烃)的背景气体或载气，并且在实施方式中可以选自包括下述各者的组：空气、n2、o2、co2、惰性气体、h2；no2，no，n2，o；氟碳化合物并且特别地全氟化碳，比如cf4；cf
3 i，sf6；以及其混合物。
65.在优选实施方式中，有机氟化合物选自包括下述各者的组：全氟醚、氢氟醚、全氟胺、全氟酮、全氟烯烃、氢氟烯烃、全氟腈、以及其混合物；特别地，有机氟化合物与背景气体混合，并且更特别地与选自包括空气、空气组分、氮气、氧气、二氧化碳、氮氧化物的组的背景气体化合物混合。
66.在优选实施方式中，有机氟化合物是具有4个至15个碳原子的氟酮，特别地，氟酮选自包括下述各者的组：具有正好5个碳原子的氟酮、具有正好6个碳原子的氟酮、具有正好7个碳原子的氟酮、具有正好8个碳原子的氟酮，这种氟酮的上述碳原子中的至少一个碳原子被杂原子取代、特别地被氮和/或氧和/或硫以及其混合物取代；和/或其特征在于，所述氟腈是含有两个碳原子、三个碳原子或四个碳原子的全氟腈，特别地是全氟烷基腈，特别地是全氟乙腈、全氟丙腈(c2f5cn)和/或全氟丁腈(c3f7cn)，并且更特别地是根据式(cf3)2cfcn的全氟异丁腈和/或根据式cf3cf(ocf3)cn的全氟-2-甲氧基丙腈。
67.在实施方式中，氟腈与选自包括氟醚、环氧乙烷、氟胺、氟酮、氟烯烃、以及其混合物和/或分解产物的组的有机氟化合物混合；特别地，氟腈与背景气体混合、并且更特别地与选自包括空气、空气组分、氮气、氧气、二氧化碳、氮氧化物的组的背景气体化合物混合。
68.六氟化硫(sf6)由于其出色的介电性能和化学惰性而是一种公认的绝缘气体。尽管具有这些特性，但仍在加强努力寻找替代性绝缘气体，特别是考虑全球变暖潜势(gwp)低于sf6的全球变暖潜势的替代品。
69.鉴于提供非sf6替代品，建议在介电绝缘介质中使用有机氟化合物。具体地，wo-a-2010/142346提出了一种介电绝缘介质，其包括含有4个至12个碳原子的氟酮。
70.氟酮已被证明具有高的介电强度。同时，氟酮的全球变暖潜势(gwp)非常低，并且毒性也非常低。由于这些特性的组合，氟酮构成了sf6的可行的替代品。
71.这方面的进一步发展反映在wo-a-2012/080246中，该文献提出了一种介电绝缘气体，其包含与载气、特别地空气或空气组分混合的含有正好5个碳原子的氟酮、特别地1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)-丁-2-酮，载气与氟酮一起使得绝缘介质的介电强度相比于绝缘介质的气体组分的介电强度之和非线性地增加。
72.在wo 2013/151741中反映了寻找替代性“非sf
6”绝缘介质的进一步尝试，其建议使用七氟异丁腈、(cf3)2cfcn或2,3,3,3-四氟-2-(三氟甲氧基)丙腈(cf3cf(ocf3)cn作为介电流体。
73.基于此，wo 2015/040069描述了一种包括外壳的中电压或高电压电气设备，其中包含含有七氟异丁腈、二氧化碳和氧气的气体介质。
附图说明
74.本发明的实施方式、优点和应用源于从属权利要求、权利要求组合以及现在下面的描述和附图。在附图中示出的是：
75.图1是根据本发明的高电压断路器实施方式的示意性截面图；以及
76.图2是沿着图1的断路器的纵向轴线观察的引导元件的实施方式的前视立体图。
具体实施方式
77.图1示出了呈开断构型的高电压断路器1的实施方式的截面图。所示的高电压断路器1是根据本发明的电气开关设备的示例性实施方式。将描述与本发明相关的断路器的元件，但没有给出断路器1的操作原理的详细描述。
78.电气开关设备1可以基本上关于纵向轴线z是旋转对称的。纯示例性的高电压断路器1由外封围件5封围，外封围件5通常呈筒形、围绕纵向轴线z布置并且界定有容积罐9。电气开关设备1包括标称触头装置3a、3b，该标称触头装置包括具有多个触指3a的第一标称触头，为了清楚起见，此处仅示出了多个触指3a中的两个。标称触指3a形成为围绕纵向轴线z的指笼(finger cage)。标称触头装置还包括配合的第二标称触头3b，第二标称触头3b围绕纵向轴线z与标称触指3a同轴地布置，并且第二标称触头3b其通常为金属管。屏蔽件5a可以围绕第一标称触头3a和第二标称触头3b布置。
79.开关设备1还包括弧触头装置4a、4b，弧触头装置包括第一弧触头4a和第二弧触头4b，第二弧触头4b围绕纵向轴线z与第一弧触头4a同轴地布置。类似于第一标称触头3a，第一弧触头4a也包括布置成指笼的多个指状部4a。第二弧触头4b通常呈杆状。
80.触指3a、4a能够相对于触头3b、4b从关合构型移动到图1中所示的开断构型，在关合构型中，触指3a、4a和触头3b、4b彼此电接触，在开断构型中，触指3a、4a和触头3b、4b彼此分开，并且反之亦然。
81.出于说明本发明的目的，假设仅第一标称触头3a和第一弧触头4a能够沿着纵向轴线z移动，并且第二标称触头3b和第二弧触头4b是固定的。然而，本发明不限于这种构型。
82.第一标称触头3a和第一弧触头4a连接至移动侧电流导体15。第二标称触头3b和第二弧触头4b电连接至固定侧电流导体14。
83.本文中使用的“关合构型”是指电气开关设备1的标称触头和/或弧触头关合、即彼此接触。因此，本文中使用的“开断构型”是指电气开关设备1的标称触头和/或弧触头开断、
即分离。
84.如前所述，图1中示出了在开断过程中的一瞬间的电气开关设备1，在该瞬间，弧触头4a、4b之间的距离仍然很小，在弧触头4a与弧触头4b之间仍然存在电弧3。在本公开中，电弧3周围的容积被称为弧容积6。
85.此外，开关触头1包括喷嘴6a，喷嘴6a围绕纵向轴线z同轴地布置并且环绕弧容积6，使得当开关设备1关合时，弧触头4a、4b的接触位置布置在喷嘴6a中。
86.第一弧触头4a附接至排出管7a，排出管在排出管7a的弧侧上流体连接至弧容积6，并且在排出管7的排出侧上、即在排出管的与弧容积6相反的一侧上流体连接至第一排出容积7’。
87.因此，沿流动离开弧容积6的排出气体的方向观察时，第一排出容积7’在开关设备1的具有第一弧触头4a的第一侧上布置在弧容积6的下游。第一排出容积7’由第一壁7b封围，并且包括第一排出气体通路11a和第一排出开口12a，第一排出气体通路用于接收来自排出管7的排出气体，第一排出开口用于将排出气体排出到由外封围件5界定的罐容积9中。
88.沿流动离开弧容积6的排出气体的方向观察时，第二排出容积8’在开关设备1的具有第二弧触头4b的第二侧上布置在弧容积6的下游。第二排出容积8’由第二壁8b封围，并且包括用于接收来自弧区域6的排出气体的第二排出气体通路11b。第二排出容积8’具有流体连接至罐容积9的第二排出开口12b。
89.在本实施方式中，第二排出容积8’包括由中间壁8a封围的中间容积8，中间容积8流体连接至第二排出气体通路11b和第二排出开口12b。
90.排出管7、第一排出容积7’、第二排出容积8’和中间容积8形成环绕弧容积6的排出系统。排出管7a和第一排出容积7’形成排出通道7，排出通道7将弧容积6流体连接至第一排出开口12a。
91.封围件5和罐容积9至少部分地或者如此处的情况那样完全地环绕排出系统。
92.排出系统还包括纵向延伸的压缩导引件16和以气密方式可滑动地布置在压缩导引件16中的活塞18。活塞至少部分地由第一标称触头3a形成。活塞18在其面向弧容积6的一侧是敞开的，并且活塞18在其面向弧容积6的一侧与压缩导引件16一起界定了加热室10，加热室10与弧容积6流体连接。压缩导引件16中的在活塞18与压缩导引件16之间的容积限定了压缩室20。加热室10通过分离阀22流体连接至压缩室20。
93.在图1中，第二弧触头4b不再与至少部分由排出管7形成的第一弧触头4a配合。因此，灭弧介质可以从加热室10沿通向罐容积9的方向流动通过喷嘴6a并流动通过排出管7a。
94.在本实施方式中，排出管7a以纵向轴线z为中心纵向地延伸穿过活塞底壁，排出管7b以气密方式牢固地连接至活塞底壁。排出管7a进一步以气密方式可滑动地延伸穿过压缩室底壁70并通向第一排出容积7’。
95.呈中空辐条形式的多个入口通道30流体连接至压缩室20并且每次从压缩室20延伸至入口开口13，从而形成流体连接至罐容积9的多个入口开口13。如图1中可以看出的，示出了仅一个入口通道30和一个入口开口13。入口通道30和排出通道7彼此流体分离。在膨胀阶段，通过入口开口13吸入的灭弧介质可以从罐容积9被重新填充到压缩容积20。
96.入口通道30在电气开关设备1的使用位置中沿向下方向定向。这种定向减少了可以进入并积聚在入口通道30的内壁处的弧粉尘的量。因此，这进一步减少了在随后阶段可
以进入压缩室20的弧粉尘的量。
97.电气开关设备1的使用位置对应于其在现场使用的安装位置。在当前情况下，使用位置对应于纵向轴线z沿水平方向延伸，并且向下方向应理解为沿重力方向延伸。在使用位置中，移动侧电流导体15和固定侧电流导体14布置在电气开关设备1的与重力方向相反的一侧上。当沿着纵向轴线(z)沿与弧区域6相反的方向观察时，入口开口13布置在第一排出开口12a之后。这种布置减少了在入口开口13邻接第一排出开口12a的区域中从排出系统流动到入口通道30中的排出气体。
98.具体地，压缩室20通过布置在压缩室底壁70中的再填充阀24和过压阀26而流体连接至多个入口开口13。再填充阀24设计成允许灭弧介质被从罐容积9传送至压缩室20，并且过压阀26设置成允许灭弧介质被从压缩室20传送至罐容积9。
99.电气开关设备1包括引导元件23，引导元件23在背对弧容积6的一侧邻接压缩导引件16，并且在引导元件23中形成有多个入口开口13，所述多个入口开口13形成为使得所述多个入口开口不与排出通道7流体连接。引导元件23布置在压缩导引件16与排出管7a的排出端之间，排出管以气密方式可滑动地延伸穿过引导元件23。
100.参照图2，示出了从根据本发明的电气开关设备1拆卸下来的引导元件23的示例性实施方式。引导元件23相对于开关设备1的纵向轴线z具有基本上筒形对称性。引导元件23形成为中空筒形导管60，中空筒形导管60界定了具有侧向壁60a的连接室66。
101.引导元件23包括第一凸缘62，第一凸缘62布置在背对弧容积6的导管端部处，以用于将引导元件23固定至电气开关设备1的支承结构。在本实施方式中，支承结构包括壁68，壁68在图1中表示出并在连接室66与排出系统2(此处具体地第一排出容积7’)之间形成分隔。引导元件23还包括第二凸缘64，第二凸缘64布置在面向弧容积6的导管端部处，以用于将引导元件23固定至压缩导引件16并且允许连接室66流体连接至压缩室20。
102.面向弧容积6的导管端部允许排出管7a通过并允许排出管7a与活塞18一起沿着纵向轴线z移动。在引导元件23的安装状态下，排出管7a不与连接室66流体连接。换句话说，流动通过排出管7a的流体、例如排出气体不能流入连接室66中。
103.此外，如上所述，面向弧容积6的导管端部设计成允许连接室66流体连接至压缩室20。该流体连接可以在设置于压缩室底壁70中的再填充阀24和过压阀26处进行。
104.侧向壁60a的内侧具有多个窗口72a、72b和72c，每次一个入口通道30从窗口径向向外延伸，从而形成多个入口通道。每个入口通道30延伸穿过侧向壁60a到达对应的入口开口13，从而形成多个入口开口13。入口通道30形成为中空辐条，入口通道30将引导元件23的内部容积流体连接至罐容积9，各个入口通道从侧向壁60a径向向外地从窗口72a、72b和72c突出。
105.图2中所表示的实施方式具有三个基本上矩形的窗口，这些窗口沿着纵向轴线z延伸、相对于延伸穿过多个窗口中的中央窗口72a的纵向对称平面对称地布置。多个窗口相对于该对称平面对称地布置在大约90
°
的角度扇区α(阿尔法)中。在周向方向上测量时，每个窗口的净开口可以在5
°
到10
°
的角度β(贝塔)范围内。目前，窗口72a、72b和72c彼此相同地形成并且彼此相等地间隔大约45
°
的角度扇区γ(伽马)。在图2的立体图中看不到的对应的入口开口13在本实施方式中在相应的入口通道的另一端部处以相同的几何构造分布并形成在侧向壁60a的外侧上、即侧向壁60a面向罐容积9的一侧上。
106.附图标记列表
107.1断路器
108.2排出系统
109.3电弧
110.3a第一标称触头的触指
111.3b第二标称触头
112.4a第一弧触头
113.4b第二弧触头
114.5封围件
115.5a屏蔽件
116.6弧容积
[0117]7’
第一排出容积
[0118]
7排出通道
[0119]
7a排出管
[0120]
7b第一排出容积的壁
[0121]
8第二中间容积
[0122]8’
第二排出容积
[0123]
8a第二中间容积的壁
[0124]
8b第二排出容积的壁
[0125]
9罐容积
[0126]
10 加热室
[0127]
11a 第一排出气体通路
[0128]
11b 第二排出气体通路
[0129]
12a 第一排出开口
[0130]
12b 第二排出开口
[0131]
13 入口开口
[0132]
14 固定侧电流导体
[0133]
15 移动侧电流导体
[0134]
16 压缩导引件
[0135]
18 活塞
[0136]
20 压缩室
[0137]
22 分离阀
[0138]
23 引导元件
[0139]
24 再填充阀
[0140]
26 过压阀
[0141]
30入口通道、辐条
[0142]
60 筒形导管
[0143]
60a 侧向壁
[0144]
62 第一凸缘
[0145]
64 第二凸缘
[0146]
66 连接室
[0147]
70 压缩室底壁
[0148]
72a、72b和72c侧向壁60a中的窗口

技术特征：
1.一种电气开关设备(1)，所述电气开关设备(1)具有纵向轴线(z)并界定有罐容积(9)，所述电气开关设备(1)包括标称触头装置、弧触头装置、排出系统(2)，其中，所述标称触头装置具有第一标称触头(3a)和配合的第二标称触头(3b)，所述第一标称触头(3a)和所述第二标称触头(3b)能够平行于所述纵向轴线(z)相对于彼此移动，并且彼此协作以在所述开关设备(1)的关合状态与开断状态之间切换，所述弧触头装置具有与所述第一标称触头(3a)相关联的第一弧触头(4a)和与所述第二标称触头(3b)相关联的配合的第二弧触头(4b)，所述第一弧触头(4a)和所述第二弧触头(4b)能够平行于所述纵向轴线相对于彼此移动，并且彼此协作以在所述关合状态与所述开断状态之间切换，所述第一弧触头(4a)和所述第二弧触头(4b)限定有弧容积(6)，在所述关合状态与所述开断状态之间的切换期间在所述弧容积中产生电弧(3)，并且在所述弧容积中存在有灭弧介质，所述排出系统(2)环绕所述弧容积(6)并且包括第一排出开口(12a)、排出通道(7)，所述第一排出开口(12a)流体连接至所述罐容积(9)，所述排出通道(7)从所述弧容积(6)延伸至所述第一排出开口(12a)，所述排出通道(7)被设计成用于将热的灭弧介质从所述弧容积(6)通过所述第一排出开口(12a)消散到所述罐容积(9)中，所述排出系统(2)还包括压缩导引件(16)、活塞(18)，所述压缩导引件(16)沿着所述纵向轴线(z)延伸，所述活塞(18)以可滑动的方式布置在所述压缩导引件(16)中，所述活塞(18)在所述活塞(18)的面向所述弧容积(6)的一侧与所述压缩导引件(16)一起界定有与所述弧容积(6)流体连接的加热室(10)，所述活塞(18)在所述活塞(18)的与所述弧容积(6)相反的一侧与所述压缩导引件(16)一起限定有与所述罐容积(9)流体连接的压缩室(20)，并且入口通道(30)流体连接至所述压缩室(20)并且延伸至与所述罐容积(9)流体连接的入口开口(13)，其中，所述入口通道(30)和所述排出通道(7)彼此流体分离，其特征在于，所述入口通道(30)在所述电气开关设备(1)的使用位置中沿向下方向定向，并且，当沿着所述纵向轴线(z)沿与所述弧区域(6)相反的方向观察时，所述入口开口(13)布置在所述第一排出开口(12a)之后。2.根据权利要求1所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述入口通道(30)相对于所述纵向轴线(z)倾斜地延伸，当沿与所述弧区域(6)相反的方向观察时，所述入口通道(30)径向向外延伸。3.根据权利要求1或2所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述入口开口(13)布置在所述第一排出开口(12a)之后，彼此没有重叠区域。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电气开关设备(1)，其特征在于，多个入口通道(30)优选地形成为中空辐条。5.根据权利要求4所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述多个入口通道(30)相对于所述纵向轴线(z)以轴对称的方式周向地分布。6.根据权利要求4所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述多个入口通道(30)相对于所述纵向轴线(z)周向地分布、相对于纵向对称平面(s)对称地分布，所述纵向对称平面优选地延伸穿过所述多个入口通道(30)中的中央入口通道(30)，所述多个入口通道(30)具有对应的多个入口开口(13)。7.根据权利要求6所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述多个入口开口(13)在所述电气开关设备(1)的使用位置中沿向下方向定向。8.根据权利要求6或7所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述多个通道开口(30)相
对于所述纵向轴线(z)周向地分布在扇区内，所述扇区具有在垂直于所述纵向轴线(z)的平面内测量的在5
°
至180
°
、优选地60
°
至120
°
的范围内的中心角α。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述入口开口(13)和所述多个入口开口(13)各自流体连接至再填充阀(24)和过压阀(26)，所述再填充阀(24)设计成允许灭弧介质被从所述罐容积(9)传送至所述压缩室(20)，所述过压阀(26)设计成允许灭弧介质被从所述压缩室(20)传送至所述罐容积(9)。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的电气开关设备(1)，其特征在于，引导元件(23)在背对所述弧容积(6)的一侧邻接所述压缩室(20)，并且所述入口开口(13)和所述多个入口开口(13)各自形成在所述引导元件中。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述灭弧介质是包含sf6和/或co2和/或有机氟化合物的介电绝缘介质，所述有机氟化合物选自包括氟醚、氟胺、氟酮、氟烯烃、氟腈、以及其混合物和/或分解产物的组。12.根据权利要求11所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述有机氟化合物选自包括下述各者的组：全氟醚、氢氟醚、全氟胺、全氟酮、全氟烯烃、氢氟烯烃、全氟腈、以及其混合物；特别地，所述有机氟化合物与背景气体混合、更特别地与选自包括空气、空气组分、氮气、氧气、二氧化碳、氮氧化物的组的背景气体化合物混合。13.根据权利要求11或12所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述有机氟化合物为具有4个至15个碳原子的氟酮，特别地，所述氟酮选自包括下述各者的组：具有正好5个碳原子的氟酮、具有正好6个碳原子的氟酮、具有正好7个碳原子的氟酮、具有正好8个碳原子的氟酮，这种氟酮的上述碳原子中的至少一个碳原子被杂原子取代、特别地被氮和/或氧和/或硫以及其混合物取代；和/或其特征在于，所述氟腈是含有两个碳原子、三个碳原子或四个碳原子的全氟腈、特别地是全氟烷基腈、特别地是全氟乙腈、全氟丙腈(c2f5cn)和/或全氟丁腈(c3f7cn)、并且更特别地是根据式(cf3)2cfcn的全氟异丁腈和/或根据式cf3cf(ocf3)cn的全氟-2-甲氧基丙腈。14.根据权利要求11至13中的任一项所述的电气开关设备(1)，其特征在于，所述介电绝缘介质还能够包括不同于所述有机氟化合物的背景气体，并且能够选自包括下述各者的组：空气、n2、o2、co2、惰性气体、h2；no2、no、n2o；氟碳化合物并且特别地全氟化碳，比如：cf4；cf3i、sf6；以及其混合物。

技术总结
本发明涉及一种电气开关设备(1)，该电气开关设备包括：标称触头装置；弧触头装置，弧触头装置限定有弧容积(6)，在该弧容积中存在有灭弧介质；排出系统(2)，该排出系统包括流体连接至罐容积(9)的第一排出开口(12a)、用于将热介质从所述弧容积(6)消散到罐容积(9)中的排出通道(7)，排出系统(2)还包括活塞(18)，活塞设置在压缩导引件(16)中并且在其与弧容积(6)相反的一侧上与压缩导引件(16)一起限定有压缩室(20)。入口通道(30)流体连接至压缩室(20)并延伸至与罐容积(9)流体连接的入口开口(13)，其中，入口通道(30)和排出通道(7)彼此流体分离。体分离。体分离。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：日立能源瑞士股份公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2023/8/14