包括热鼓风室卸压阀的高压断路器 【技术领域】
本发明涉及一种包括两个设置在一个断路空间中的触点的断路器，该断路空间包含一种介质气体，在该断路器的断开操作过程中在两个触点之间建立一个电弧，该断路器包括一个与断路空间相连通的热鼓风室。背景技术
本发明适用于旨在断开高电流并同时在断开操作时将其触点之间的电弧的出现时间最小化的高压断路器。在本文中，“高电流”是指一种具有高幅值或连续流通一个长的时间段的电流。在这点上，本发明特别地适用于断开低频交流电，例如在以16.66Hz或25Hz的频率供电的铁路电网中流通的电流，如在德国和瑞士。以如此低地频率，该电流波的持续时间是50Hz电流的两到三倍，并因此，当发生电弧时所产生的热量是50Hz电流的两到三倍。
为了改善断路容量，传统的断路器通常包括一个气动自鼓风装置，该装置在断开时朝电弧方向吹送介质气体以助长电弧的断路空间。该种类型的自鼓风装置通常包括一个含有一个活塞的加压室，该活塞与该断路器的一个活动触点接合并与之一起运动，并适于在每一次断开时向断开空间方向吹送一定量的冷气体。该活塞由在断开期间导致活动触点运动的断路器致动能量移动。该电弧电流越强，则所需气动鼓风就越强。为了断开高电流，活塞加压室的尺寸就必须随之增加，使得由此而导致的增加该断路器致动系统的额定值成为需要，以便为鼓风提供足够的能量。使用增加了额定值的致动系统会造成过高的成本，从而使得这种类型的断路器的价格相对缺乏竞争力。
一种增加鼓风以断开高电流电弧的方法是将一个加热鼓风室毗连该气动加压鼓风室。在例如位于气动鼓风室和断路空间之间的加热鼓风室中，介质气体由电弧加热并且其压力增加。热鼓风室被制成这样一种形状，以促进它所包含的气流在气体压力增加时流向断路空间，结果，电弧电流越强，鼓风就越强。然而，在高电流电弧的情况下，在热鼓风室内的温度能过多地升高，这降低了被吹进断路空间的气体的介电强度，导致不可能断开该电流。
美国专利4,517,425披露了一种包括一个热鼓风室的断路器，该热鼓风室通过一个风嘴的喉管和一个断路空间相连通，并且通过由阀关闭的通道和一个膨胀空间相连通。在该断路器的一个特定实施例中，至少一个阀是排气阀，当热鼓风室中的压力大于一个特定的临界值时，该阀打开以将加压的气体从该室排放到膨胀空间中。
该结构增加了断路容量，这是因为如果热鼓风室中的压力变得过高，该阀打开以对该室进行卸压。该卸压降低了温度，从而保证了吹进断路空间的气体具有一个令人满意的介电强度。
在上述现有技术的断路器中，由排气阀关闭的通道在固定触点的基体(base)内，并开口到断路室的一端。因此需要提供一个专用膨胀容积与该断路室毗连。如此，则气体的排放不会造成将热气体和/或电弧吹进风嘴内的不同部分。另外，该种类型的设置显然不适于这样一种结构，即在其内部一个气动鼓风室与热鼓风室毗连。
专利文献EP0296363披露了一种具有气动和热鼓风室的断路器。隔开两个室的壁受弹簧力的作用并结合一个开口，该开口与在一个限制气动鼓风室的周界的圆柱形壳体中的另一个开口设置在一起，从而这两个开口构成一个阀，用于排放来自热鼓风室的加压气体。
如果在热鼓风室内的压力高于在气动鼓风室内的压力，该分离墙压缩弹簧以使得开口对齐，以允许加压气体朝一个绕气动和热鼓风室共有的圆柱形壳体的膨胀空间逸出。然而，需要注意的是，这种类型的装置不能用于这样一种断路器结构，其中永久电流触点布置在空气室的周围，即在用于热加压气体的膨胀空间里。这是因为，在电弧触点分离的瞬间，在永久电流触点之间的气体将不再具有足够的介电属性以防止在并非设计用于经受放电弧的永久电流触点之间的放电。发明内容
本发明的一个目的在于提供一种断路器来排除以上缺点，该断路器由于具有一个用于排放热加压气体的系统而可以断开高电流，从而无需对传统的断路器进行过多改进。特别是，目的在于提供一种装置，以便在一个并非设计用于以同等长的波持续时间/周期(或同样低的频率)经受如此高电流的标准断路器中，只有很少量的部件需要改进。
为此，本发明提供一种包括两个设置在一个断路空间中的触点的断路器，该断路空间由一个风嘴限制并包含一种介质气体，该断路器包括一个热鼓风室，该热鼓风室通过风嘴的一个喉管与断路空间相连通，并且通过一个由阀关闭的排气通道与一个膨胀空间相连通，当热鼓风室中的压力大于一个特定的临界值时，该阀打开以从该室排放加压气体，该断路器的特征在于，排气通道形成在风嘴之中，并在风嘴的厚度之内限定一个环形容积，采取其大致的形状，并朝向相对于喉管的断路空间的下游的膨胀空间开口。
通过这种形式的结构，通过排气通道的气体鼓风导致吹走包含在风嘴的扩张部分中的热气体，并因此在电弧被熄灭之后改善了在断路空间中的介电强度的再生。
该风嘴还可以优选地包括阀，并且，还可以因此在一个现有的断路器上翻新以抵销开发和制造费用。
在本发明的另一个特定实施例中，风嘴包括两个轴向零件，其外部零件围绕其内部零件以留出一个环形自由空间，该空间形成一个用于将气体排放出热鼓风室的排气通道，该阀被设计成用于关闭上述排气通道。这使得风嘴可以较低成本制造。该阀和一个相连的排气通道限定了一个环形形状以减少压头损失。这样，该排气通道可以适应一个高流率以尽快地降低热鼓风室中的压力升高。该阀可以有利地具有一个环形形状并压在一个或多个校准弹簧上，以使得它相对弹簧的作用打开。因此阀的打开临界值可以仅通过改变校准弹簧来改变。
在本发明的另一个特定实施例中，该断路器包括一个与加热加压室连通的活塞加压室。吹送到断路空间的气体然后成为来自活塞加压室的冷气体和来自热鼓风室的较热气体的混合体，从而降低该气体的温度以保持该断路器的一个高断路容量。附图说明
下面参照附图对本发明进行更详细的说明，其中附图通过非限制性的示例示出了本发明的一个实施例。
图1是一种根据本发明的处于闭合状态的断路器的第一剖视图；
图2是一种根据本发明的处于闭合状态的断路器的第二剖视图；
图3是当阀被关闭，断开一个低电流时该断路器的剖视图；和
图4是当阀打开时，断开一个高电流时该断路器的剖视图。具体实施方式
图1以示意性轴向剖视图示出了一种根据本发明的断路器的一个示例。该断路器包括一个形成一个杆的固定触点1和一个在轴向AX运动的移动触点2。该移动触点2是中空的，并作为一个组件的零件，该组件包括一个与轴AX同轴的环形风嘴3，一个热鼓风室4和一个活塞加压室5。该移动组件还包括与一个基本上圆柱形的固定永久触点7接合的一个永久触点6，以闭合该断路器。
风嘴3由一种绝缘材料例如PTFE制成，具有一个小的局部喉管3’，该喉管变宽以在该喉管的下游形成一个扩张部分3”。当该断路器闭合时，触点1穿过风嘴3的喉管3’进入沿轴向AX位于喉管上游的中空触点2，如图1和2所示。该喉管和风嘴3的扩张部分在此限定一个用于断开电弧的空间，该电弧在断开断路器期间在触点1和2之间放电。该空间如图3和4中所示。该断路空间通过一个位于热鼓风室4和断路空间之间的环形通道4’与热鼓风室4相连通。
该热鼓风室4限定了一个与AX同轴并由移动触点2和一个围绕移动触点2的壳体8所限定的环形空间。该壳体8在一端由风嘴3封闭。保存在热鼓风室4之中的介质气体在与断开瞬间触点1和触点2之间建立的电弧接触而受热时被加压。如本领域的技术人员所知，该压力上升产生一个从热鼓风室4向断路空间运动的介质气体的热气流。热鼓风室4通过多个通道9与活塞加压室5相连通。当该断路器断开时，保存在室5内的介质气体被加压并经过热鼓风室4流到断路空间。与由加压室5产生气流同时，通过电弧的加热增加热鼓风室内的压力，以增加进入断路空间的介质气体的流率，如上所述。
热鼓风室4通过一个由阀10关闭的排气通道10’与一个膨胀空间15相连通。该膨胀空间相对于风嘴的喉管3’位于断路空间的下游，并部分地由风嘴的扩张部分3”限定。当热鼓风室4中的压力超过一个特定的临界值时，该阀打开以从热鼓风室4排放加压气体。为了断开低电流，电弧增加热鼓风室中的压力而无需该压力超过一个预定的临界值，并因此使该阀保持关闭，如图3所示。在断开高电流时，它趋向于过分增加温度并因此而增加热鼓风室中的压力，阀10打开以降低热鼓风室中的压力，如图4所示。该压力下降伴随着温度的下降，保证了吹送到断路空间的介质气体有一个令人满意的介电能力。阀可以安装于例如壳体8上，以将加压气体直接排放到热鼓风室4的外部。
阀10可以有利地集成于盖住壳体8的风嘴3之中。再参照图1，可以看到阀10为环形，以使得它可以安装在风嘴3中并位于和热鼓风室4相同的一侧。该阀由刚性材料制成，安装在形成有一个环形槽的风嘴的阀壳11之中，并由一个压在槽11底部的校准弹簧12加载。因此该阀可以相对弹簧12的作用沿轴AX平移以打开该阀。一个环形密封圈13在阀的外表面和槽之间提供一个密封。该阀通过多个形成在风嘴3的区域中并直接导向热鼓风室的进给通道14供气，从而使得打开表面积较大。
槽11的底部通过一个在风嘴的厚度之内的排气通道10’与扩张部分3”相连通。在阀壳11和膨胀空间15之间连通的排气通道10’限定了一个位于风嘴3的厚度之内的环形形状，并采用风嘴的形状。它与阀10和阀壳11的下游对齐，以使得它由阀打开或关闭。对各自在风嘴中限定一个环形形状的排气通道和阀的采用，提供了一个具有大横截面的流路，仅具有低的压头损失。如此，当断开高电流电弧时，可以用一个高气体流率排气以尽快降低热鼓风室内的压力和温度。在具体条件方面，选择一个没有拐角并尽量成曲线的形状用于该排气通道，如图1中所示，实现接近声速的气流流速。风嘴可以模制，并包括一个位于热鼓风室同一侧的盖住阀壳11的盖子，同时允许阀与该室连通以排放加压气体。
排气通道10’有利地排气到风嘴的扩张部分3”之内，并因此导致该风嘴的喉管3’下游的气体的再生，从而增加在绝缘断开阶段在电弧触点1和2之间的气体的介电强度。
在根据本发明的断路器的一个优选实施例中，风嘴3具有一个同轴的内部零件3B和外部零件3A。更具体地说，内部零件3B的一端的外表面具有一个向外展开的总体形状。该端的最大直径部分插入到壳体8之中，例如拧入其中，并且其形状基本上为通过钻孔设置了进给通道14的环形法兰的形状。
风嘴3的外部零件3A具有一个和内部零件3B的环形法兰相同外部直径的圆柱形环形末端，并且，被插入到壳体8之中，例如将该环形末端拧入其中，直至它顶在内部零件3B的环形法兰上。当外部零件3A绕内部零件3B安装后，零件3A围绕除环形法兰之外的整个内部零件3B。
排气通道10’和阀10的阀壳11由这两个零件之间的环形自由空间所限定。风嘴3可以通过在拧到永久触点6上之前，在壳体8之中先安装内部零件3B然后安装外部零件3A所组装，该永久触点6形成一个绕壳体8的圆环，适于保持两个风嘴零件3A和3B相对壳体8就位。在安装这两个风嘴零件后，一个在扩张部分3”的平面上与内部零件3B对齐的附加风嘴零件3C，可以拧到或甚至粘接到内部零件3B上，以朝向膨胀空间15延长排气通道10’。
在图1至4中所示的实施例中，活塞加压室5通过具有止回阀9’的通道9直接与热鼓风室4相连通，并且，吹送到断开空间的气体因此包括由来自活塞加压室5的冷气体和来自热鼓风室4的热气体组成的气体混合物。通过这种设置，介质气体的温度由于冷气体的存在而降低，从而进一步增强了根据本发明的断路器的断路容量。
为了进一步增强根据本发明的断路器的断路容量，活塞加压室5的活塞5’可以有利地安装在一个适于在移动触点打开位移操作中被压缩的弹簧上，以便它在移动触点发生位移后松驰。通过这种设置，由活塞加压室所产生的介质气体流在该断路器的移动触点的位移结束后继续一定的时间，从而通过延长鼓风时间进一步增强了该断路器的断路容量。