CN112074923B - 具有屏蔽装置的气体绝缘中压开关 - Google Patents

Abstract

根据本发明的第一方面，提供了一种气体绝缘中压开关(1、2)。该开关(1、2)包括第一触头元件(10)、第二触头元件(20)以及屏蔽件(50)，第一触头元件(10)具有标称触头表面(12)，其中屏蔽件(50)和第一触头元件(10)能够相对于彼此在暴露配置与屏蔽配置之间移动，其中在暴露配置中，屏蔽件(50)和第一触头元件(10)被布置为使标称触头表面(12)暴露于第二触头元件(20)，并且在屏蔽配置中，屏蔽件(50)和第一触头元件(10)被布置为使标称触头表面(12)与第二触头元件(20)屏蔽。根据本发明的第二方面，提供了一种通过开关(1、2)来执行电流开断操作的方法。

Description

具有屏蔽装置的气体绝缘中压开关

技术领域

本发明的各方面大体上涉及一种具有抑制电弧重燃的能力的气体绝缘中压开关，一种具有这种开关的配电网络、环网柜或二次配电气体绝缘开关设备，以及一种使用该开关开断电流的方法。

背景技术

气体绝缘开关包括在其外壳内的电绝缘气体。气体绝缘中压开关用于各种设置，诸如用于配电网络、环网柜或二次配电气体绝缘开关设备。当切换电流时，开关通过触头(插头和管)远离彼此的相对移动而被断开，由此电弧可能形成在分离的触头之间。

为了熄灭在电流开断操作中产生的电弧，一些类型的开关配备有灭弧系统。在一种类型的开关中，灭弧系统通过朝向电弧释放淬火气体以用于冷却电弧并且最终熄灭电弧来操作。

通常，低成本和操作可靠性是中压开关的两个主要因素。因此，通常希望将简单且经济有效的组件用于开关的每个部分。具体地，实现开关的低成本的驱动器的设计通常是受欢迎的。此外，影响操作可靠性的一个方面在于，对由电弧的熄灭产生的电绝缘气体的加热改变了累积在两个触头周围的区域中的加热气体的介电特性。因此，可能会增加在灭弧期间或之后不期望的电弧重燃或其他放电的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的气体绝缘中压开关，该气体绝缘中压开关允许可靠的操作，同时仍然至少在一定程度上保持相对低的成本和紧凑的设计。

鉴于上述情况，提供了根据权利要求1的气体绝缘中压开关以及根据权利要求14的执行电流开断操作的方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种气体绝缘中压开关。该开关包括：第一触头元件，具有电弧触头表面和标称触头表面，其中第一触头元件能够沿开关的轴线移动以用于断开和闭合开关；第二触头元件，被配置为与第一触头元件进行接触以用于闭合开关；以及屏蔽件，其中屏蔽件和第一触头元件能够相对于彼此沿轴线在暴露配置与屏蔽配置之间移动，使得屏蔽件和第一触头元件在开关处于闭合状态时处于暴露配置、并且在开关的断开期间处于屏蔽配置，其中在暴露配置中，屏蔽件和第一触头元件被布置为使标称触头表面暴露于第二触头元件，并且在屏蔽配置中，屏蔽件和第一触头元件被布置为使第一触头元件的标称触头表面与第二触头元件屏蔽。

根据本发明的第二方面，提供了一种通过开关来执行电流开断操作的方法，其中开关包括第一触头元件、第二触头元件以及屏蔽件，第一触头元件具有电弧触头表面和标称触头表面，该电弧触头表面限定电弧区域，其中屏蔽件和第一触头元件能够沿轴线相对于彼此移动。该方法包括：通过沿开关的轴线远离彼此的相对移动，将第一触头元件与第二触头元件分离，使得电弧形成在电弧区域中；以及使第一触头元件和屏蔽件相对于彼此从暴露配置移动到屏蔽配置，在该暴露配置中，标称触头表面暴露于第二触头元件，在该屏蔽配置中，标称触头表面与第二触头元件屏蔽。

根据另一方面，开关是负载断路开关。如本文所定义的，负载断路开关具有切换负载电流的能力，但是不具有短路切换能力。负载电流也被称为开关的额定电流或标称电流，并且至多2000A、优选地至多1250A、更优选地至多1000A。这个范围内的电流是用于配电网、环网柜和二次配电气体绝缘开关的典型额定电流。另一方面，额定电流可能大于1A、更优选地大于100A、更优选地大于400 A。在AC负载断路器的情况下，额定电流在这里用均方根电流表示。

在这里，中压被定义为在1kV到72kV范围内的电压。因此，中压开关具有最多为72kV的额定电压。具体地，额定电压可以最多为52kV、或优选地最多为36kV或更优选地最多为24kV、或最优选地最多为12kV。

与传统设计相比，本发明的实施例使电流开断操作能够在减少电弧重燃发生(尤其是在开关的标称触头之间)的情况下执行，从而实现更可靠的操作。这些实施例特别有利于在大范围的可能负载短路场景和环境条件下热中断负载电流。同样，这些实施例特别适用于本文所提及的备选淬火气体。

能够与本文所描述的实施例结合的进一步的优点、特征、方面和细节通过从属权利要求、说明书和附图而变得显而易见。

附图说明

本发明将参照附图更详细地进行阐释，在附图中

图1a至图1d示出了处于闭合(closed)状态(图1a)、正在断开(opening)状态(图1b)、断开(open)状态(图1c)和正在闭合(closing)状态(图1d)的根据本发明实施例的负载断路开关的横截面图；

图2a至图2d示出了处于闭合状态(图2a)、正在断开状态(图 2b)、断开状态(图2c)和正在闭合状态(图2d)的根据本发明实施例的负载断路开关的横截面图；以及

图3示出了根据本发明实施例的执行电流开断操作的方法的流程图。

具体实施方式

在下面对附图所示的实施例的描述中，相同的附图标记指相同或相似的组件。通常，仅对个别实施例的差异进行了描述。除非另有规定，否则对一个实施例中的部分或方面的描述同样适用于另一个实施例中的对应部分或方面。

图1A至图1D示出了根据本发明实施例的负载断路开关1的横截面图。图1A示出了处于闭合状态的开关，图1B示出了电流开断操作期间处于正在断开状态的开关，图1C示出了处于断开状态的开关，并且图1D示出了处于正在闭合状态的开关。

开关1具有气密壳体5，其内容积被填充有在环境压力p₀下的电绝缘气体。

在壳体5内有第一触头元件10和第二触头元件20。第一触头元件10是可移动管式触头，并且第二触头元件20是固定销式触头。第一触头元件10具有电弧触头表面11和标称触头表面12。

开关1进一步包括屏蔽件50。屏蔽件50可以具有平盘形状，该平盘形状从开关1的轴线6径向向外延伸，使得屏蔽件50将壳体5 的内容积分成第一区域3和第二区域4。屏蔽件50进一步包括位于其中心的开口，该开口用于围绕第一触头元件10，使得开口的内表面与第一触头元件10的标称触头表面12滑动接触。

屏蔽件50可以相对于第一触头元件10和/或壳体5在开关1的轴线6的方向上移动。设置在屏蔽件50上的摩擦元件52与壳体5 的内表面摩擦接触，使得屏蔽件50需要幅度比用于第一触头元件10 移动的移动力更大的移动力。摩擦元件52可以包括密封件，例如，橡胶O形圈，使得第一区域3中的电绝缘气体无法在屏蔽件50与壳体5的内表面之间流入第二区域4中。

在屏蔽件50在开关1的轴线6的方向上移动期间，第一区域3 和第二区域4的容积将改变。屏蔽件50中的至少开口51允许电绝缘气体从第一区域3流到第二区域4，使得气体压力在两个区域之间相等。屏蔽件50可以包括多个开口51。开口51将被定位为更接近于在接近壳体5的区域中的屏蔽件50的周边，尤其是开口51应当被定位为远离第一触头元件10，以避免电弧通过开口51而在标称触头表面12与第二触头元件20之间重燃。

由于第一触头元件10和屏蔽件50能够相对于彼此移动，第一触头元件10和屏蔽件可以被配置为处于两个配置之一中。

如图1A和图1D所示，在第一触头元件10从屏蔽件50向外延伸时，第一触头元件10和屏蔽件50可以被视为处于暴露配置中，使得标称触头表面12暴露于第二触头元件20。在暴露配置中，标称触头表面12可以与第二触头元件20接触，使得电流可以流过开关1。

然而，在暴露配置中，在电流开断操作期间可能发生在标称触头表面12与第二触头元件20之间的电弧的重燃。如图1B和图1C 所示，在第一触头元件10缩回屏蔽件50后面时，第一触头元件10 和屏蔽件50可以被视为处于屏蔽配置中，使得标称触头表面12与第二触头元件20屏蔽。在屏蔽配置中，经由电绝缘气体的在标称触头表面12与第二触头元件20之间的连通显著地受到限制。限制标称触头表面12暴露于第二触头元件20大大减少了在标称触头表面 12与第二触头元件20之间的电弧的重燃的发生。

在本发明的上下文中，术语“屏蔽(shielding)”被理解为机械屏蔽，即，机械(优选地是绝缘的)屏蔽件被设置在空间中，该空间在其他情况下易于在该空间的相对侧上的导体之间形成电弧和/或放电。

第一触头元件10可以进一步包括至少触头致动元件14，并且屏蔽件50可以进一步包括至少屏蔽件致动元件53。第一致动元件14 和屏蔽件致动元件53相对于第一触头元件10和屏蔽件50的相对移动量限定出机械极限或止动。在相对移动的极限处，第一致动元件14与屏蔽件致动元件53接合，使得第一触头元件10的任何进一步的移动导致屏蔽件50移动。

作为电流开断操作或断开开关的操作的示例，第一触头元件10 和屏蔽件50相对于第二触头元件20移动。

执行第一断开移动，其中第一触头元件10与第二触头元件20 分离，并且缩回屏蔽件50中。在该第一断开移动期间，由于摩擦元件52，屏蔽件50相对于第二触头元件20和壳体5保持静止。第一触头元件10沿开关1的轴线6移动，直到第一触头致动元件14与屏蔽件致动元件53接合为止。

在第一断开移动即将结束时，第一触头元件10与第二触头元件20分离。因此，在电弧区域31中的第二触头元件20与电弧触头表面11之间形成电弧。此外，第一触头元件10的标称触头表面12被移动到屏蔽件50后面，使得第一触头元件10和屏蔽件50处于屏蔽配置。在第一断开移动结束时，第一致动元件14与屏蔽件致动元件 53接合，如图1B所示。

执行第二断开移动，其中第一触头元件10继续在远离第二触头元件20的方向上沿开关的轴线6移动。与屏蔽件致动元件53接合的第一致动元件14使屏蔽件50和第一触头元件10一起沿开关1的轴线6移动。

在第二断开移动期间，第二区域4中的电绝缘气体可以通过开口51流入第一区域3中，使得气体压力相等。第一触头10的移动继续，直到开关被完全断开为止，如图1C所示。第二区域中的绝缘气体通过熄灭被形成在电弧区域31中的电弧而被加热。标称触头表面12继续通过屏蔽件50而与第二触头元件20屏蔽，从而使得尽管第二区域4中积累的加热绝缘气体的介电特性发生改变，但也抑制标称触头表面12与第二触头元件20之间的电弧重燃。

相似地，作为电流接通操作或闭合开关的操作的示例，第一触头元件10和屏蔽件50相对于第二触头元件20被移动。

执行第一闭合移动，其中第一触头元件10沿开关1、2的轴线6 朝向第二触头元件20移动。在该第一闭合移动中，由于摩擦元件52，屏蔽件50相对于第二触头元件20保持在固定位置。第一触头元件 10沿开关1、2的轴线6移动，直到第一触头致动元件14与屏蔽件 50接合为止。

在第一闭合移动即将结束时，第一触头元件10的相对移动使第一触头元件10和屏蔽件50从屏蔽配置移动到暴露配置，其中，标称触头表面12从屏蔽件50后面移动，以暴露于第二触头元件20。在第一闭合移动结束时，第一致动元件14与屏蔽件50接合，如图 1D所示。

执行第二闭合移动，其中第一触头元件10继续在朝向第二触头元件20的方向上沿开关的轴线6移动。与屏蔽件致动元件50接合的第一致动元件14使屏蔽件50和第一触头元件10一起沿开关1的轴线6移动。

在第二闭合移动期间，第一区域3中的电绝缘气体可以通过开口51流入第二区域4中，使得气体压力相等。第一触头10的移动继续，直到开关完全闭合为止，如图1A所示。标称触头表面12继续由屏蔽件50暴露于第二触头元件20，从而允许在标称触头表面 12与第二触头元件20之间建立电连接。

根据本发明的实施例(其可以与本文所描述的其他实施例结合)，第一触头元件10可以包括处于相对于标称触头表面12的远端轴向位置的绝缘端头13。绝缘端头13可以包括非导电材料。

当第一触头元件10和屏蔽件50处于屏蔽配置时，绝缘端头13 可以被定位为使得在屏蔽件50的中心的开口与绝缘端头13的外表面滑动接触。绝缘端头13可以具有管形，使得在开关处于闭合状态时，第二触头元件20可以通过绝缘端头13突出，并且可以与第一触头元件10电接触。根据本发明的实施例(其可以与本文所描述的其他实施例结合)，第一触头元件10可以具有管形。在这种情况下，电弧触头表面11是管形第一触头元件10的内表面，并且标称触头表面12是管形第一触头元件10的外表面。此外，第二触头元件20 可以具有销形，使得销形第二触头元件20被配置为在开关处于闭合状态时插入管形第一触头元件10中。

现在参照图2A至图2D，开关2可以进一步包括气体加压系统，该气体加压系统用于主动熄灭被形成在电弧区域31中的电弧。根据本发明的实施例(其可以与本文所描述的其他实施例结合)，开关2 进一步包括用于在电流开断操作期间对淬火气体进行加压的活塞30，其中该活塞被配置为压缩淬火气体，经压缩的气体在轴向方向上通过第一触头元件10的内部和绝缘端部13而吹向第二触头元件 20，以熄灭被形成在电弧区域31中的电弧。集成在第一触头10中的是用于熄灭电弧的灭弧系统。灭弧系统具有加压系统(压气系统) 和喷嘴，该喷嘴包括管形第一触头元件10和绝缘端头13。加压系统包括第一区域3，该第一区域3具有包含在其中的淬火气体。淬火气体是包含在开关的壳体5中的电绝缘气体的部分。加压室由壳体5 和活塞30界定，活塞30用于在电流开断操作期间压缩第一区域3 内的淬火气体。为此，活塞30与第一触头元件10一起移动，使得在第一触头元件10远离第二触头20移动以用于断开开关时，活塞 30对加压室内的淬火气体进行加压，如图2B和图2C所示。因此，用于加压淬火气体的能量最终由驱动第一触头元件10的驱动器提供。

包括管形第一触头元件10和绝缘端部13的喷嘴适用于在电流开断操作期间将加压淬火气体从加压室吹到形成在电弧区域31中的电弧上。喷嘴至少具有连接到第一区域3以用于接收来自第一区域3 的加压淬火气体的喷嘴入口、以及经由电弧区域31而被连接到第二区域4的喷嘴出口。

加压系统以及包括管状第一触头元件10和绝缘端头13的喷嘴的大小被设计为使得淬火气体的流动是亚音速的。这种亚音速流动相当于加压室中的相对较低的淬火压力p_quench(p_quench＜1,8*p₀，如本文所定义的)，因此只对开关的驱动器施加了适度的要求。

活塞30可以具有从开关1的轴线6径向向外延伸的平盘形，使得活塞30和屏蔽件50将壳体5的内容积分成第一区域3和第二区域4。活塞30的中心被固定到第一触头元件10，使得活塞30与第一触头元件10一起移动。

屏蔽件50进一步包括屏蔽件裙部分54，该屏蔽件裙部分54在平行于壳体5的远离第二触头元件20的方向上延伸，并且包括屏蔽件致动元件53。活塞30的外表面与屏蔽件50的屏蔽件裙部分54 滑动接触，使得第一触头元件10可以相对于屏蔽件50自由移动。

在第一触头元件10的移动期间并且因此在活塞30的移动期间，在开关2的轴线6的方向上，活塞30与屏蔽件50之间的区域的容积将改变。屏蔽件50中的至少一个开口51允许电绝缘气体从第二区域3流到活塞30与屏蔽件50之间的区域，使得气体压力在两个区域之间相等。由于活塞30相对于屏蔽件50的移动基本上发生在第一触头元件10与第二触头元件20分离之前、并且在电弧形成在电弧区域31中之前，吸入活塞30与屏蔽件50之间的区域的绝缘气体处于基本上未通过电弧的熄灭而被加热的状态。因此，活塞30与屏蔽件50之间的区域中的绝缘气体、尤其是在处于屏蔽配置中时围绕标称触头表面12的绝缘气体，还没有因为电弧的熄灭而在介电特性方面有显著变化，从而进一步抑制了标称触头表面12与第二触头元件20之间的电弧重燃。

活塞30被配置为与屏蔽件致动元件53接合，以用于移动屏蔽件50。活塞30和屏蔽件致动元件53关于第一触头元件10和屏蔽件 50的相对移动量限定出机械极限或止动。在相对移动的极限处，活塞30与屏蔽件致动元件53接合，使得第一触头元件10的任何进一步的移动都导致屏蔽件50移动。根据图2A至图2D所示的实施例，作为电流开断操作或断开开关2的操作的示例，第一触头元件10和屏蔽件50相对于第二触头元件20被移动。

执行第一断开移动，其中第一触头元件10与第二触头元件20 分离，并且缩回屏蔽件50中。在该第一断开移动期间，由于摩擦元件52，屏蔽件50相对于第二触头元件20和壳体5保持静止。第一触头元件10沿开关1的轴线6移动，直到活塞30与屏蔽件致动元件53接合为止。

在第一断开移动即将结束时，第一触头元件10与第二触头元件 20分离。因此，在电弧区域31中的第二触头元件20与电弧触头表面11之间形成电弧。此外，第一触头元件10的标称触头表面12被移动到屏蔽件50后面，使得第一触头元件10和屏蔽件50处于屏蔽配置。在第一断开移动结束时，活塞30与屏蔽件致动元件53接合，如图2B所示。

在第一断开移动期间，在第二区域4中的电绝缘气体可以通过开口51流入活塞30与屏蔽件50之间的区域中，使得气体压力相等。

执行第二断开移动，其中第一触头元件10继续在远离第二触头元件20的方向上沿开关的轴线6移动。与屏蔽件致动元件53接合的活塞30使得屏蔽件50和第一触头元件10一起沿开关1的轴线6 移动。

第一触头10的移动继续，直到开关被完全断开为止，如图1C 所示。形成在电弧区域31中的电弧是由被迫通过喷嘴的加压淬火气体熄灭的，该喷嘴包括管状第一触头元件10和绝缘端部13。标称触头表面12继续通过屏蔽件50与第二触头元件20屏蔽，从而使得尽管在第二区域4中积累的加热绝缘气体的介电特性发生改变，但也抑制标称触头表面12与第二触头元件20之间的电弧重燃。

相似地，作为电流接通操作或闭合开关的操作的示例，第一触头元件10和屏蔽件50相对于第二触头元件20被移动。

执行第一闭合移动，其中第一触头元件10沿开关2的轴线6朝向第二触头元件20移动。在该第一闭合移动中，由于摩擦元件52，屏蔽件50相对于第二触头元件20保持在固定位置。第一触头元件 10沿开关2的轴线6移动，直到第一触头致动元件14与屏蔽件50 接合为止。

在第一闭合移动期间，在活塞30与屏蔽件50之间的区域中的电绝缘气体可以通过开口51流入第二区域4中，使得气体压力相等。

在第一闭合移动快要结束时，第一触头元件10的相对移动使第一触头元件10和屏蔽件50从屏蔽配置移动到暴露配置，其中标称触头表面12从屏蔽件50后面移动，以暴露于第二触头元件20。在第一闭合移动结束时，第一致动元件14与屏蔽件50接合，如图2D 所示。

执行第二闭合移动，其中第一触头元件10继续在朝向第二触头元件20的方向上沿开关的轴线6移动。与屏蔽件致动元件50接合的第一致动元件14使屏蔽件50和第一触头元件10一起沿开关2的轴线6移动。

第一触头10的移动继续，直到开关完全闭合为止，如图1A所示。标称触头表面12继续由屏蔽件50暴露于第二触头元件20，从而允许在标称触头表面12与第二触头元件20之间建立电连接。

本发明的一般优选方面

这些优点并不限于图2a至图3 所示的实施例，但是开关可以通过多种方式进行修改。在下面，描述了本发明的一些一般优选(即，可选)方面。该描述使用图1A至图1D和图2A至图2D的附图标记进行说明，但是方面并不限于该实施例。这些方面中的每个方面都可以仅单独使用、或者可以与本文所描述的任何(多个)其他方面结合使用。

根据本发明的另一方面，开关2可以进一步包括至少一个气体出口32，该至少一个气体出口32用于将淬火气体从壳体5内部排出到壳体5外部。气体出口32被定位在第二区域4中的壳体5中，并且被配置为将淬火气体的一部分从壳体5内部排出。在熄灭电弧区域31中产生的电弧期间，淬火气体被加热并且在第二区域4中膨胀，这可以允许加热的淬火气体的一部分流过屏蔽件50中的开口51。排出这种加热的淬火气体减少了电流开断操作期间淬火气体的介电特性变化的影响，以进一步抑制标称触头表面12与第二触头元件20 之间的电弧重燃。

根据本发明的另一方面，负载断路开关1、2是单动式 (single-motion type)的。根据一个方面，第一触头元件10是可移动触头，并且可以远离第二触头元件20沿轴线6移动，以用于断开开关。第二触头元件20可以是静止的，例如，被固定到壳体5。第一触头元件10由驱动器驱动。

根据另一方面，第一触头元件10和第二触头元件20具有至多 150mm(优选地至多110mm)和/或至少10mm的最大触头间隔，优选地具有25mm至75mm的最大触头间隔。

根据另一方面，壳体5具有40mm至80mm的(径向)直径和 /或40mm至200mm的最大(轴向)长度。

在另一方面中，加压系统可以被配置用于在电路开断操作期间将淬火气体加压到淬火压力p_quench＜1,8*p₀，其中p₀是壳体的总容积 6中的绝缘气体的环境(平衡)压力，并且p_quench是电流开断操作期间在加压室中被加压的绝缘气体(也被称为淬火气体)的(最大总体)压力。这种对淬火压力的条件确保淬火气体的流动是亚音速的，并且同时限制了通常承担对淬火气体进行加压的驱动器的要求。

更优选地，淬火压力满足p_quench＜1,5*p₀或p_quench＜1,3*p₀或甚至 p_quench＜1,1*p₀。另一方面，淬火压力优选地满足p_quench>1,01*p₀，使得压力升高足以熄灭电弧。

根据另一方面，淬火压力满足p_quench＜p₀+800mbar，优选地满足p_quench＜p₀+500mbar，更优选地满足p_quench＜p₀+300mbar，并且甚至更优选地满足p_quench＜p₀+100mbar。另一方面，淬火压力优选地满足p_quench>p₀+10mbar。

通常，壳体中的(总)绝缘气体的环境压力p₀是<＝3bar，更优选地p₀<＝1,5bar，并且甚至更优选地p₀<＝1,3bar。

满足这些条件中的至少一个条件的压力差不仅允许淬火气体的亚音速流型，而且也保持开关的驱动器的低要求，从而保持低成本。尽管如此，在中压负载断路开关的额定值范围内，这些限制仍然允许合理的灭弧性能。通常，p₀<＝3bar，优选地p₀<＝1,5bar，更优选地p₀<＝1,3bar。

这些压力条件与高压断路器(额定电压高于72kV)的典型流动条件有很大的不同。在这些高压断路器(压气式和自通风式)中，流动条件是音速的，以便最大程度地冷却电弧。因此，需要高得多的压力升高，p_quench远大于1,8*p₀(并且远大于p₀+800mbar)。这对这些高压断路器的驱动器提出了很高的要求，从成本的角度来看，这些要求对本文所考虑的中压负载断路器是不利的、甚至是禁止的。这些中压负载断路器是与高压断路器完全不同类型的开关，以用于完全不同的应用、设计和市场。

接下来，描述关于绝缘气体的方面。

在根据本发明的开关中，电绝缘气体可以包括SF6。SF6具有出色的介电特性和灭弧特性，因此被通常应用于气体绝缘开关设备中。然而，由于其全球变暖潜能很高，已经付出了巨大的努力来减少排放并且最终停止使用这种温室气体，从而找到可以取代SF6的替代气体。

这种替代气体已经被提议用于其他类型的开关。例如， WO2014154292A1公开了一种具有替代电绝缘气体的不含SF6的开关。用这种替代气体取代SF6在技术上具有挑战性，因为由于SF6 具有冷却电弧的固有能力而具有极好的开关和绝缘特性。

根据一个方面，本配置允许使用全球变暖潜能比负载断路开关中的SF6低的替代气体(例如，如WO2014154292A1中所描述的)，即使该替代气体不完全符合SF6的中断性能。

该电绝缘气体优选地在100年的间隔内具有比SF6低的全球变暖潜能。例如，绝缘气体可以包括在与碳氢化合物或有机氟化合物的混合物中的、选自由CO₂、O₂、N₂、H₂、空气、N₂O组成的一组的至少一个背景气体成分。例如，介电绝缘介质可以包括干燥空气或技术空气。介电绝缘介质尤其可以包括选自由以下组成的一组的有机氟化合物：氟醚、环氧乙烷、氟胺、氟酮、氟烯烃、氟腈以及它们的混合物和/或分解产物。具体地，绝缘气体可以包括至少CH₄、全氟化的和/或部分氢化的有机氟化合物以及它们的混合物作为碳氢化合物。有机氟化合物优选地选自由以下组成的一组：碳氟化合物、氟醚、氟胺、氟腈和氟酮；并且优选地是氟酮和/或氟醚，更优选地是全氟酮和/或氢氟醚，更优选地是具有4个至12个碳原子的全氟酮，并且甚至更优选地是具有4个、5个或6个碳原子的全氟酮。绝缘气体优选地包括与空气或空气成分(诸如，N₂、O₂和/或CO₂)混合的氟酮。

在特定情况下，上述氟腈是全氟腈，特别是包含2个碳原子和/ 或3个碳原子和/或4个碳原子的全氟腈。更具体地，氟腈可以是全氟烷基腈，特别是全氟乙腈、全氟丙腈(C₂F₅CN)和/或全氟丁腈 (C₃F₇CN)。更具体地，氟腈可以是全氟异丁腈(根据式(CF₃)₂CFCN)和/或全氟-2-甲氧基丙腈(根据式CF₃CF(OCF₃)CN)。其中，全氟异丁腈因其低毒性而是优选的。

进一步的方面

开关可以进一步包括其他部件，诸如驱动器、控制器等，这些部件在附图中已经被省略并且在本文中不作描述。提供这些部件是为了模拟常规的中压负载断路开关。

负载断路开关可以用作中压负载断路开关。这包括作为在无法排除电弧的设置中的隔离开关的用途和/或作为开关-熔丝组合开关的用途。

可以设置负载断路开关作为气体绝缘环网柜的部分。因此，根据本发明的另一方面，提供具有本文所描述的负载断路开关的配电网络、环网柜或二次配电气体绝缘开关设备。

Claims (14)

1.一种气体绝缘中压开关(1、2)，包括：

第一触头元件(10)，具有电弧触头表面(11)和标称触头表面(12)，其中所述第一触头元件(10)能够沿所述开关(1、2)的轴线(6)移动以用于断开和闭合所述开关(1、2)；

第二触头元件(20)，被配置为与所述第一触头元件(10)接触以用于闭合所述开关(1、2)；以及

屏蔽件(50)，

其中所述屏蔽件(50)和所述第一触头元件(10)能够相对于彼此沿所述轴线(6)在暴露配置与屏蔽配置之间移动，使得所述屏蔽件(50)和所述第一触头元件(10)在所述开关(1、2)处于闭合状态时处于所述暴露配置、并且在所述开关(1、2)的断开期间处于所述屏蔽配置，

其中在所述暴露配置中，所述屏蔽件(50)和所述第一触头元件(10)被布置为使所述标称触头表面(12)暴露于所述第二触头元件(20)，并且在所述屏蔽配置中，所述屏蔽件(50)和所述第一触头元件(10)被布置为使所述第一触头元件(10)的所述标称触头表面(12)与所述第二触头元件(20)屏蔽，以及

其中所述屏蔽件(50)被配置为：在电流开断操作期间沿所述开关(1、2)的所述轴线(6)在所述暴露配置与所述屏蔽配置之间被移动。

2.根据权利要求1所述的开关(1、2)，其中所述第一触头元件(10)包括绝缘端头(13)，所述绝缘端头(13)在相对于所述标称触头表面(12)的远端轴向位置。

3.根据权利要求2所述的开关(1、2)，其中所述屏蔽件(50)限定壳体(5)的第一区域(3)和第二区域(4)，以及其中所述屏蔽件(50)还包括至少一个开口(51)，所述至少一个开口(51)被定位为比开关(1、2)的所述轴线(6)更接近于屏蔽件(50)的周边，以用于平衡所述第一区域(3)与所述第二区域(4)之间的压力。

4.根据权利要求3所述的开关(1、2)，其中所述屏蔽件(50)包括被定位在所述屏蔽件(50)与所述壳体(5)之间的摩擦元件(52)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的开关(1、 2 )，其中所述屏蔽件(50)至少包括屏蔽件致动元件(53)，并且所述第一触头元件(10)至少包括第一触头致动元件(14)，其中所述屏蔽件致动元件(53)与所述第一触头元件(10)和所述第一触头致动元件(14)中的至少一个接合，以使屏蔽件(50)移动。

6.根据权利要求3所述的开关(1、2)，其中所述第一触头元件(10)形成管，所述第二触头元件(20)形成销，所述第一触头元件和所述第二触头元件限定电弧区域(31)，并且所述第二触头元件(20)被配置为在所述开关(1、2)处于闭合状态时插入所述第一触头元件(10)中，其中所述电弧触头表面(11)是所述管的内表面，并且所述标称触头表面(12)是所述管的外表面部分，其中所述屏蔽件(50)在径向方向上从所述标称触头表面(12)向外延伸，并且所述屏蔽件(50)的内表面与所述标称触头表面(12)滑动接触。

7.根据权利要求6所述的开关(1 、 2)，还包括：

-活塞(30)，用于在所述电流开断操作期间对淬火气体进行加压，

其中所述活塞被配置为压缩所述淬火气体，经压缩的所述淬火气体在轴向方向上通过所述第一触头元件(10)的内部和所述绝缘端头(13)而吹向所述第二触头元件(20)，以熄灭被形成在所述电弧区域(31)中的电弧。

8.根据权利要求7所述的开关(1 、 2)，还包括用于将淬火气体从所述壳体(5)内部排出到所述壳体(5)外部的至少一个气体出口(32)。

9.根据权利要求7和8中任一项所述的开关(1 、 2)，其中所述屏蔽件(50)至少包括屏蔽件致动元件(53)，其中所述屏蔽件致动元件(53)与所述第一触头元件(10)和所述活塞(30)中的至少一个接合，以使所述屏蔽件(50)移动。

10.根据权利要求1至4和6至8中任一项所述的开关(1、2)，其中所述开关(1、2)针对1kV到72kV的范围内的额定系统电压、并且针对至多2000A的额定电流被配置。

11.根据权利要求1至4和6-8中任一项所述的开关(1、2)，其中所述开关(1、2)是负载断路开关。

12.一种配电网、环网柜或二次配电开关设备，具有根据权利要求11所述的负载断路开关(1、2)。

13.一种通过开关(1、2)来执行电流开断操作的方法(3)，所述开关(1、2)包括第一触头元件(10)、第二触头元件(20)和屏蔽件(50)，所述第一触头元件(10)具有电弧触头表面(11)以及标称触头表面(12)，所述电弧触头表面(11)限定电弧区域(31)，其中所述屏蔽件(50)和所述第一触头元件(10)能够沿轴线(6)相对于彼此移动，所述方法包括：

-第一移动(301)：通过沿所述开关(1、2)的所述轴线(6)远离彼此的相对移动，将所述第一触头元件(10)与所述第二触头元件(20)分离，使得电弧被形成在所述电弧区域(31)中；

-第二移动(302)：使所述第一触头元件(10)和所述屏蔽件(50)相对于彼此从暴露配置移动到屏蔽配置，在所述暴露配置中，所述标称触头表面(12)被暴露于所述第二触头元件(20)，在所述屏蔽配置中，所述标称触头表面(12)与所述第二触头元件(20)屏蔽，所述第二移动(302)包括：沿所述开关(1、2)的所述轴线(6)在所述暴露配置与所述屏蔽配置之间移动所述屏蔽件(50)；以及

-在所述开关(1、2)的断开期间，开始使所述标称触头表面(12)与所述第二触头元件(20)屏蔽(303)。

14.根据权利要求13所述的方法(3)，还包括：

-压缩(304)淬火气体；以及

-在轴向方向上将所述淬火气体通过所述第一触头元件(10)朝向所述第二触头元件(20)吹动(305)，以熄灭被形成在所述电弧区域(31)中的所述电弧。

Images