[发明专利]具有至少两个串联真空开关室的高压开关及其操作方法

说明书

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的具有至少两个串联真空开关室的高压开关和该高压开关的操作方法。本发明例如可应用于气体绝缘开关。上述“高压”的概念是指1000V以上的电压范围。

在高压开关中，在特定情况下基于两个基本原理使用串联布置的真空开关室，在H.Fink，E.Sonnenschein等人提出的无控制结构中，采用具有真空开关的SF6绝缘的52kV中压开关，见etz，卷115(1994)册11，622-626页，其中使用了控制电容。在无控制结构中，真空开关原理主要用于36kV以上的电压水平，实现方式是通过两个36kV设计电压限定的开关真空室(标准室)的串联结构。从经济的观点出发，因杂散现象(杂散电容)造成的不可避免的电位分布失控是必然的。串联结构的设计必须根据非均匀电压分布按照载荷最大的真空开关室设计，而其他真空开关室作用的电压载荷较小，所以不能实现最佳负载分配。

采用控制电容方式的双真空开关室的串联结构的一个实例是在电气牵引电源中应用，其频率为16 2/3赫兹。和50赫兹/60赫兹中出现的10毫秒/8.3毫秒的电弧时间相比，在16 2/3赫兹的开关线路上的电弧时间需要30毫秒。相对而言，较高的热负荷以及由此导致的非常严重的烧损会导致在切断过程中电压稳定性的显著下降。对这种效应人们采取的措施是，对于设计电压例如为17.5kV时，将两个真空开关室串联布置，并且增加电容控制。

这种用两个或多个真空开关室串联布置的现有方案，原则上要使用相同的开关室，它们分别用于接通和切断操作。

将两个真空开关室的串联结构集成在一起作为一个高压开关的核心设备，需要专门在气体绝缘的开关设备内使用电容性控制。这种措施的背景是，电压线性分布在两个真空开关室内，但其中的控制电容对灭弧性能产生不利影响，例如参见T.Betz，D.Koenig等人所著的《梯度电容对双真空开关室串联的断路能力的影响》，IEEE第18届国际大会论文集，《论真空中的放电和电绝缘》，679-683页，埃因霍温，荷兰，1998年8月17-21日。

本发明的任务是，提供一种上述类型的至少具有两个串联真空开关室的高压开关设备，其电压负荷可实现最佳配置。其中所采取的措施应保证所述串联结构能根据几何尺寸、使用条件和环境条件的不同影响对断路性能进行补偿，而无需借助于控制电容从外部实施硬性控制。

此外，还提供一种操作所述高压开关设备的方法。

本发明对以上任务的解决方案是权利要求1的特征部分所给出的特征与前序部分中的特征相结合所实现的高压开关。

该方案提供了一种具有至少两个串联真空开关室的高压开关，其特征是，串联布置的真空开关室，其结构尺寸和/或触头形状，如触头直径、触头的接触间隔和触头种类采用不同的方式构成，其中至少有一个第一种类型的真空开关室以及至少有一个第二种类型的真空开关室，并且通过选择真空开关室的类型，使得第一种类型的真空开关室的电弧重燃和复燃受到至少另一个第二种类型的真空开关室的控制。

操作所述高压开关设备的方法见权利要求6所述的特征。

其方案是，至少两个真空开关室的触头的打开是在时间上错开的。

本发明所实现的优点特别在于，电压的分布基于一个自然的、完全受固有电容和杂散电容影响的电压分配，无需附加的控制电容。这样在真空开关室的电弧重燃和复燃过程中产生的并流经控制电容的补偿电流便可消失，这种电流其幅度会随着控制电容的增加而增大，从而导致真空开关室的触头升温并最终降低断路能力。

作为特殊的优点产生于下述可能，即完成开关能力的任务(短路切断性能，接通性能)与通过选择合适的真空开关室完成介电需求的任务无关。

通过对驱动单元采取的附加措施可直接影响电弧性能，并且可允许使用独立的自由度进行设计，不仅包括介电性能，而且包括电弧影响下的断路性能。

所建议的措施可通过将不同的真空开关室与不同的结构参数(不同的标称电压，不同的断路电流)和/或不同的触头结构(不同的触头直径，不同的触头接触距离，不同的触头种类)组合，并且一般地采用不同的固有电容匹配不同的电弧特性。通过有目的地使用这些效应可作出多种设计以满足不同的开关情况，和公知装置相比，明显提高了性能。例如可使用两个合适的不同真空开关室串联在一起，它们具有不同的触头直径，则真空开关室的不同固有电容和不同的电弧特性结合在一起，有利于提高其开关性能。