[发明专利]用于分断中压或高压电流的开关装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于分断中压或高压电流的开关装置(也称为连接器/断路器)，其中，可能产生的电弧通过气体介质熄灭，所述气体介质的灭弧特性可媲美或甚至超过六氟化硫(SF₆)，而对环境具有很小或没有影响。

本发明还涉及所述的开关装置的制造方法。

在本文中，术语“中压”和“高压”是以惯例上可接受的方式，即，术语“中压”指的是交流(AC)大于1000伏(V)或直流(DC)大于1500伏，但是交流不超过52,000V或DC不超过75,000V的电压，而术语“高压”指的是严格大于52,000V的交流电压和75,000V的直流电压。

本发明的用于分断电流的开关装置特别地指断流器、开关、结合开关与熔断器的装置、断路器、接地开关或接触器。

现有技术

分段断中压或高压电流的开关装置中，通常通过如下方式分断电流，即分离电触点，和在所述触点之间形成电弧，使用电介质流体喷射到所述电弧上，从而使得能够冷却所述电弧并使之熄灭。

目前，开关装置中最常使用的电介质流体是一种气体，即SF₆。

这种气体具有比较高的介电强度，良好的导热性，低介电损耗。此外，它是化学惰性的，不可燃，对人类和动物无毒，并且其价格仍是适度的。

另一个优势在于，当气体被电弧电离成等离子状态时，形成分子物质和离子物质，迅速且几乎完全地重组，一旦所述电弧已熄灭，重组为SF₆。其结果是，随着时间的推移，以气态存在于所述开关装置的初始SF₆的量保持稳定或准稳定。

然而，SF₆的主要缺点是其具有23,900的全球变暖潜值(GWP)(相对于CO₂的超过100年)和3200年的在空气中消耗掉的周期，因为这个原因，它被列入“京都议定书”(1997)中需要限制排放的气体列表中。

不幸的是，最好的限制SF₆气体排放量的方式一般也是限制其使用，特别在开关装置中的使用。

为了限制SF₆气体对环境的影响也曾使用氮气和SF₆的混合物。添加例如10%至20%(体积)的SF₆，使得可以显着提高氮的介电强度，对于AC(50赫兹(Hz))，其约为SF₆的三分之一。

然而，由于SF₆的高GWP，这些混合物的GWP仍然非常高。因此，例如，体积比为10/90的SF₆气体和氮气的混合物中，仍存在的GWP值为8650。

这样的混合物也因此不应被认为是具有低环境影响的气体介质。

这同样适用于通常呈现有利介电性能、但GWP值通常范围为5000至10,000(CF₄为6500，C₃F₈和C₄F₁₀为7000，c-C₄F₈为8700，C₂F₆为9200)的全氟化碳。

最近，提出使用三氟碘甲烷(CF₃I)取代SF₆(Nakauchi et al.,XVI International Conference on Gas Discharge and their Applications,China,September11-15,2006,[1])。CF₃I的介电强度大于SF₆气体且既适用于均匀电场和非均匀电场，全球变暖潜值小于5并且空气中消耗周期为0.005年。

不幸的是，CF₃I很昂贵，除此之外，它的平均职业接触限值(OEL)范围在3至4个百万分之一(PPM)之间，且被列为致癌，致突变和生殖毒性(CMR)类别3物质，这用于工业规模是不可接受的。

此外，其中使用油熄灭电弧的开关装置具有如果发生非分断或内部故障时爆炸的主要缺点。

使用环境空气熄灭电弧的开关装置通常尺寸大，昂贵，并且对环境(湿气，污染)敏感，而具有真空断流器的开关装置，特别是断路型开关装置，是非常昂贵的，并作为结果，在市场上不是很常见。