具有收缩连接的高压断路器和用于制造高压断路器的方法与流程

1.本发明涉及一种高压断路器和用于制造高压断路器的方法，高压断路器具有至少一个真空开关管，至少一个真空开关管通过高压断路器的至少一个保持件支承，其中，真空开关管包括至少两个接触件，至少两个接触件与至少一个保持件连接。


背景技术：

2.高压断路器设计用于开关高达1200kv电压的范围和高达数千安培电流的范围内的电压。高压断路器例如包括壳体，壳体在载体上具有至少一个开关触头。壳体例如是尤其由陶瓷、硅树脂和/或复合材料制成的绝缘体，绝缘体例如以圆柱形空心体的形式构造，尤其在外圆周处构造有伞形肋，以延长漏泄电流。不同于带电罐式(live-tank)高压断路器，在接地罐式(dead-tank)高压断路器中，壳体接地并且例如由空心柱形金属罐制成，在金属罐内部布置有至少一个开关触头。
3.开关触头包括至少两个接触件，例如由导电材料、例如钢、铝和/或铜制成的固定接触件和可移动接触件。替换地或附加地，开关触头例如包括至少两个可移动接触件，其中，具有两个可移动接触件的实施例类似于与本发明相关的固定接触件和可移动接触件，为简单起见，下面不再进一步进行描述。开关触头的接触件布置在高压断路器中，或由保持件、尤其以可移动或固定的方式支承在高压断路器中，并且尤其被壳体以气密的方式包围。
4.壳体填充有绝缘或开关气体、尤其sf6和/或清洁空气(clean air)。开关触头例如包括额定电流接触件和/或电弧接触件，并且通过开关气体与高压断路器的特定装置(例如驱动器)以及环境电气绝缘。开关气体、例如sf6对环境有害和/或可能含有有毒成分。为了防止开关气体从高压断路器泄露，需要壳体的气密的持久的密封，这是复杂、开销高且成本密集的。在高压断路器的生命周期结束时尤其对开关气体的环保处理也是开销高且成本密集的。一种环境友好的替换方案是在上面描述的传统壳体中使用真空管。
5.如上所述，使用传统壳体使得能够简单、成本有利地更换网络中的高压断路器并且简单、成本有利地尤其大批量制造高压断路器。用环境友好的开关气体、例如清洁空气、即干燥、清洁的空气代替对环境有害的开关气体、例如sf6，需要在用于保持必要的绝缘距离的传统壳体中用真空开关管代替额定电流和电弧触头系统。
6.真空开关管在壳体内部机械稳定且导电地布置和连接在至少两个外部电接头之间，其中，例如端子接线片形式的电接头被构造为用于高压线、发电机和/或用电设备的连接。用于高压断路器的真空开关管的结构例如从ep 0102 317a2中已知。真空开关管包括圆形、直圆柱体形式的壳体，该圆柱体在内部被抽真空。壳体例如由两个由陶瓷或陶瓷部分制成的相同的直圆柱形的半部分构成，其通过金属圆柱体或通过壳体中间具有过渡件的金属部分接合在一起。过渡件在壳体中被实施为屏蔽电极或屏蔽部。
7.为了进行开关，真空开关管包括至少一个电触头，至少一个电触头具有固定接触件和可移动接触件。接触件在真空开关管中碟状地设计并被真空包围。接触件螺栓形地向外引导并且分别与例如高压断路器的端子接线片形式的外部电接头电连接。可移动接触件
通过波纹管以真空密封的方式可移动地引导和支承到真空开关管中。
8.在接通时，使可移动接触件向固定接触件移动，直到在接触件之间存在机械接触和电接触为止。在断开时，使可移动接触件移动远离固定接触件，直到接触件之间的电接触中断并且存在足够的距离为止，以便在施加电压的情况下避免电闪络。接触件之间的大的距离在高压的情况下是必要的。真空开关管设计得长，以确保内部足够的距离。真空开关管的壳体的由陶瓷或陶瓷部分制成的直圆柱形的半部分例如由多个部分构成，该多个部分通过具有过渡件的金属部分接合在一起。过渡件分别在壳体中被设计为屏蔽电极或屏蔽部。壳体的陶瓷部分通过例如由铜和/或钢制成的金属部分的连接例如通过焊接来进行。
9.真空开关管的接触件的耦合，尤其与用于支承接触件的保持件以及因此与高压断路器的驱动器和/或固定的导电构件的耦合，通过卡箍连接来进行。保持件例如由铝和/或钢制成。铝具有轻的质量，并且使得能够以低的能量开销将驱动器的加速度传递到可移动接触件，并且使得能够利用保持件的轻的重量简单且成本有利地固定高压断路器中的固定接触件。真空开关管的接触件用于高的载流能力，例如由铜制成。接触件与相应的保持件的连接尤其在铝和铜部分之间通过卡箍连接建立。卡箍连接包括电气过渡点，这些电气过渡点在开关中产生更高的发热和电损耗。在高达数千安培的非常高的电流下，可能出现非常高的电损耗，并且开关中的高温可能导致损坏和/或毁坏。例如通过螺纹连接压合的卡箍连接是可松开的并且在技术上开销高，因此与高错误率和高成本相关联。


技术实现要素：

10.本发明要解决的技术问题是，给出一种高压断路器和用于制造高压断路器、尤其上面描述的高压断路器的方法，其解决上面描述的问题。要解决的技术问题尤其是，给出一种高压断路器，至少一个真空开关管以机械稳定的方式，以低开销和低易出错性、在接通状态下的低电损耗以及尤其在大电流下少量的发热布置或支承在该高压断路器中。
11.根据本发明，所给出的技术问题通过具有根据权利要求1的特征的高压断路器和/或通过根据权利要求14的用于制造高压断路器、尤其上面描述的高压断路器的方法来解决。根据本发明的高压断路器和/或根据本发明的用于制造高压断路器、尤其上面描述的高压断路器的方法的有利的设计方案在从属权利要求中给出。在此，独立权利要求的主题可以相互组合，也可以与从属权利要求的特征组合，并且从属权利要求的特征可以相互组合。
12.根据本发明的高压断路器包括至少一个真空开关管，真空开关管由高压断路器的至少一个保持件支承，其中，真空开关管包括至少两个接触件，接触件与所述至少一个保持件连接。至少一个接触件与至少一个保持件通过收缩连接直接连接。
13.收缩连接能够实现至少一个接触件与至少一个保持件的机械稳定的、导电良好的连接，该连接可以永久地、简单地并且成本有利地产生。接触套筒与至少一个接触件和至少一个保持件的边界面上的小的过渡电阻，使得能够尤其在连接面和/或接触件和保持件及其边界面处的发热低的情况下，实现尤其高达数百安培的范围内的电流流动。
14.通过拧紧的管套(muffe)的卡箍连接(如现有技术中常见的)具有多于一个的连接面，在连接面处具有大的过渡电阻和大的功率损耗，并且在机械上的稳定性低于通过使一个元件收缩到另一个元件上的连接。通过在收缩前被加热的元件或构件的温度，连接面处和跨越连接面的扩散过程可以导致具有良好的导电性和小的电阻的直接的不可分开的连
接。收缩连接的良好导热性使得能够尤其在开关时良好地从真空开关管中运走多余的热量。由此降低了高压断路器的损坏乃至毁坏的概率并且提高了持久性。
15.所述至少两个接触件可以分别通过收缩连接与至少一个保持件连接、尤其分别与一个保持件连接。由此，可以在高压断路器的闭合状态下，产生跨高压断路器、尤其跨两个接触件和跨保持件的导电良好的连接。收缩连接能够实现高的机械稳定性和良好的电气性能，具有上面描述的优点。
16.收缩连接可以通过热收缩来实现。通过加热至少一个元件或构件以及随后进行冷却，可以简单且成本有利地执行热收缩。可以将特别是冷的或处于室温的构件插入到经加热的构件的开口中，并且当经加热的构件冷却时，经加热的构件的尺寸、因此开口收缩。以这种方式可以在冷却的、尤其处于室温的构件之间建立简单的、成本有利的并且机械上牢固的、导电良好的连接。类似地，构件的冷却和构件的后续加热、例如插入到室温下的构件的开口中，以及构件的冷却和另外的构件的加热的组合，也是有效的。根据定义，以这种方式建立的连接在下文中也描述为收缩连接。
17.收缩连接可以被设计为用于在至少一个接触件和至少一个保持件之间建立机械稳定的直接电接触。直接接触能够实现特别高的机械稳定性和特别好的电气性能。由此，可以在高压断路器的闭合状态下，产生跨高压断路器、尤其跨两个接触件和跨保持件的导电良好的连接，具有上面描述的优点。
18.至少一个保持件可以收缩到至少一个接触件上。当接触件至少部分(例如在端部在其尺寸、例如直径上)小于至少一个保持件(特别是保持件中的开口具有与该区域中的接触件相同量级的尺寸)时，这种情况是有利的。
19.至少一个保持件可以在内部具有尤其圆柱体或截锥体形式的开口、尤其是中心开口。至少一个保持件的开口可以贯通地构造。与至少一个保持件连接的至少一个接触件可以至少部分具有开口的形状。与至少一个保持件连接的至少一个接触件可以布置为通过该开口突出。这在技术上可以简单地实施，并且使得能够使用例如尤其具有大的制造公差的长的接触件。
20.替换地或附加地，至少一个保持件的开口可以在一侧封闭。可以与至少一个保持件连接的至少一个接触件可以至少部分具有开口的形状。可以与至少一个保持件连接的至少一个接触件可以布置为突出到该开口中。机械稳定的布置由此是可能的，其具有用于良好的电和/或热过渡的附加接触面，该附加接触面存在于封闭面上。
21.接触件可以是可移动接触件，并且保持件可以是可移动接触件的保持件，保持件包括固定的保持件套筒和可移动地支承在保持件套筒中的滑动件，其中，可移动地支承的滑动件收缩在可移动接触件上。可移动接触件与滑动件的机械稳定的连接使得能够在不破坏连接的情况下实现可靠的开关和快速的移动，并且尤其通过例如滑动件和保持件套筒之间的弹簧触头和/或电气滑动触头，使得能够实现尤其从接触件跨越滑动件和保持套筒的良好的电和/或热传导。
22.至少一个接触件可以包括铜和/或由铜制成。铜具有非常高的导电性(这与在打的电流流动下的低的发热相关联)、高的导热性并且是机械稳定的。至少一个保持件可以包括铝和/或由铝制成。铝是成本有利的、轻、具有高的导电性、高的导热性和高的机械强度，其中，传导性低于铜。尤其在用于可移动触头的保持件的情况下，小的重量使得能够在尤其保
持件的滑动件的低的能量开销的情况下实现高的开关速度。
23.至少一个接触件可以涂装、尤其电化学沉积有银。至少一个保持件可以涂装、尤其电化学沉积有银。银涂层使得能够实现良好的电和/或热接触，并且尤其在进行热处理时，在使用不同材料时，尤其在两种材料都涂装有尤其银时，导致接触件和保持件之间的结合(bonding)。由此形成具有良好的电气性能、热性能和机械性能的连接，具有上面描述的优点。
24.真空开关管可以包括至少一个固定接触件和至少一个可移动接触件，其中，固定接触件可以通过收缩与固定保持件连接，和/或其中，可移动接触件可以通过收缩与保持件的可移动滑动件连接，可移动滑动件可以可移动地布置在保持件的固定的保持件套筒中。机械稳定的高压断路器由此是可能的，该高压断路器具有在开关时在小的能量开销下可容易地移动的接触件，并且具有良好的电气性能，尤其高的导电性和在接通状态下跨高压断路器的小的电阻。
25.高压断路器可以被设计为用于开关从数千伏的范围直到1200千伏的范围内的电压。上面描述的优点在大电流和/或高电压下特别有利地起2作用。
26.本发明还涉及一种用于制造高压断路器、尤其上面描述的高压断路器的方法，高压断路器具有至少一个真空开关管，真空开关管由高压断路器的至少一个保持件支承，其中，真空开关管包括至少两个接触件，至少两个接触件与至少一个保持件连接，所述方法包括，至少一个接触件与至少一个保持件的连接尤其导电良好地并且机械稳定地直接通过收缩进行。
27.收缩可以通过尤其经加热的保持件在接触件、尤其室温下的接触件上的热冷却和/或经加热的接触件在保持件、尤其室温下的保持件上的热冷却来进行。
28.根据权利要求14的根据本发明的用于制造高压断路器、尤其之前描述的高压断路器的方法的优点类似于根据权利要求1的根据本发明的高压断路器的之前描述的优点，反之亦然。
附图说明
29.下面，根据现有技术以及本发明的实施例的高压断路器1示意性地在图1至图4中示出并且在下面更详细地进行描述。
30.在此，
31.图1示意性地以局部剖视图示出了从一侧观察到的根据现有技术的高压断路器1的一部分，其中，真空开关管2通过卡箍紧固在保持件3处，以及
32.图2示意性地以剖视图示出了根据本发明的具有真空开关管2的高压断路器1，该真空开关管2通过真空开关管2的两个接触件(3，4)由保持件(5，6)支承，其中，接触件(3，4)通过收缩连接与相应的保持件(5，6)连接，以及
33.图3示意性地以剖视图示出了图2的高压断路器1的一部分，该高压断路器1具有可移动滑动件7，可移动滑动件7通过收缩连接与可移动接触件4连接，其中，接触件4布置在滑动件7的一侧封闭的开口中，以及
34.图4示意性地以剖视图示出了类似于图3的高压断路器1的一部分，该高压断路器1具有可移动接触件4，不同于图3，该可移动接触件4布置在可移动滑动件7的贯通的开口中。
具体实施方式
35.在图1中示意性地以局部剖视图示出了从一侧观察到的根据现有技术的高压断路器1的一部分。高压断路器1包括真空开关管2，真空开关管2通过可重复松开的卡箍经由螺纹卡箍紧固在保持件6处。在图1中示出了真空开关管2的一侧，其具有尤其由铜制成的可移动接触件4和尤其由例如镀有银的铝制成的可移动接触件4的保持件6。
36.保持件6以卡箍装置的形式构造或者包括卡箍装置，卡箍装置通过可重复松开的卡箍将接触件4的圆柱形端部机械地紧固在保持件6处，并且使得能够在接触件4和保持件6之间进行电传导。在未卡紧的状态下，保持件在侧面是开放的或者构造有缝隙，如在图1中通过保持件6的上半部分的缺失的阴影线所示出的。为了卡紧，将接触件4的例如圆柱形的端部插入保持件6的开口中。例如通过经由在图1中在上半部分圆形地示出的开口中的螺纹连接在缝隙处挤压保持件6，使间隙闭合，并且使接触件4由可重复松开的卡箍装置机械稳定地且导电地夹住。
37.上面描述的卡箍连接是可松开的并且在技术上开销高，因此与高错误率和高成本相关联。在卡箍连接的情况下，保持件6和接触件4之间的形状配合和/或材料配合的连接不是平面地构造的，因为不平坦和气穴本身在高的卡箍力的情况下也妨碍平面的形状配合的连接。尤其不均匀地分布的高的卡箍力可能导致尤其保持件6的材料疲劳和/或断裂，这与高压断路器1的低的持久性和/或可靠性相关联。
38.在图2中示意性地以剖视图示出了根据本发明的高压断路器1。高压断路器1包括真空开关管2，真空开关管2通过真空开关管2的两个接触件3、4由保持件5、6支承。接触件3、4通过收缩连接(schrumpfverbindung)与相应的保持件5、6直接连接。例如通过使相应的保持件5、6收缩到分别相关联的接触件3、4上来构造收缩连接。保持件5、6例如被加热并且膨胀，并且接触件3、4被插入、尤其被推入到保持件3、4的开口中。随后，保持件5、6被冷却或自行冷却，尤其冷却至室温。在冷却时，保持件5、6、因此保持件5、6的开口收缩并且产生与接触件3、4的连接。该连接尤其形状配合并且例如材料配合地构造，尤其在保持件材料和/或接触件材料例如在收缩过程期间在高温下扩散到相应的其它材料中的情况下。保持件5、6和接触件3、4之间的均匀地作用在连接面上的大的力实现了机械上牢固的、稳定的、持久的、不可松开的、尤其材料配合的连接，该连接具有良好的电气性能、即连接上的小的过渡电阻。
39.良好的电气性能实现高压断路器1上的低的电损耗，并且尤其从数安培直到数百安培范围内的大电流的情况下实现低的发热。低的发热提高了高压断路器1的持久性和可靠性，并且降低了高压断路器1因高温或高废热而损坏乃至毁坏的概率。收缩连接是机械稳定的、持久的，并且尤其是不可松开的并且是材料配合的，这与高压断路器1的高可靠性相关联。
40.在图3中放大地示出了真空开关管2的可移动接触件4，可移动接触件4与可移动接触件4的保持件的可移动滑动件7连接。可移动接触件4的保持件6包括固定保持件套筒8或保持件法兰，如在图2中所示，该保持件法兰例如紧固在高压断路器1的壳体处。为简单起见，壳体未在图中示出。例如滑动盘和/或滑动柱体形式的可移动滑动件7布置在固定保持件套筒8中。可移动接触件4以机械牢固且导电的方式直接紧固在可移动滑动件7处。可移动滑动件7可移动地布置在固定保持件套筒8中并且例如通过滑动触头与固定保持件套筒8导
电地连接。尤其在高压断路器1开关时，可移动接触件4可以通过可移动滑动件7来驱动，可移动滑动件7例如可以通过驱动器和/或通过运动链的元件而可移动。为简单起见，运动链的元件和驱动器在图中未示出。
41.在图3的实施例中，可移动接触件4的端部柱形地构造。可移动滑动件7例如以滑动盘和/或具有内盘的滑动柱体的形式构造，并且例如尤其在中心具有柱形凸起部。在该凸起部中构造有凹部，该凹部具有可移动接触件4的尤其柱形端部的形状。该凹部略小于或与可移动接触件4的端部基本上等大地构造。在对滑动件7进行加热时，滑动件7、因此该凹部膨胀，并且可移动接触件4的端部可以插入到该凹部中。在滑动件7冷却时，凹部收缩并且滑动件7机械牢固地放置在接触件4上。替换地或附加地，接触件4可以被冷却并且插入到凹部中。在加热时，接触件4膨胀并且与滑动件7形成固定的机械连接。此外，上面描述的替换方案也称为收缩，并且仅详细地阐述了第一种变型，其中，包括组合中的所有变型。
42.在图3中，滑动件7中的凹部构造为具有底部的杯形。在图4中示出了具有在两侧开放的管状凹部的一种替换的实施方式。在此，接触件4的端部插入并且穿过凹部，并且一端在背向真空管2的一侧从凹部伸出。上面描述的收缩方法类似于图3的示例。
43.类似于在图3和图4中示出的示例，固定接触件3的端部可以与固定保持件5连接。为简单起见，这在图中未示出，因为基本原理与图3和图4的原理相同，并且优点如前所述。为简单起见，多于两个的保持件5、6和/或多于一个的可移动保持件6的组合以及与现有技术中的保持件的紧固的组合同样在图中未示出。
44.接触件3、4由导电良好的材料、例如由铜制成。保持件5、6、尤其滑动件7例如由铝制成。收缩在两种不同的材料之间建立牢固的导电良好的连接。替换地，也可以使用其它材料，例如接触件3、4和保持件5、6、尤其滑动件7可以由相同的材料、例如铜或铝制成。材料还可以包括和/或是钢，或者例如包括铜、铝和/或钢的合金。
45.上面描述的实施例可以相互组合和/或可以与现有技术组合。因此，例如保持件5、6的凹部和接触件3、4的端部可以是圆柱形、截锥形和/或矩形、尤其立方形。形状的组合也是可能的。例如可以串联连接和/或并联连接地使用一个或多个真空开关管2。
46.真空开关管2例如被设计为用于开关35kv和/或直至145kv。为简单起见，真空开关管2的各个元件或各部分在图中未详细示出。真空开关管2例如圆柱形地构造，具有导电的接触件、尤其例如由铜制成的可移动接触件和固定接触件，接触件以端部从陶瓷的、抽真空的空心绝缘体突出，其中，空心绝缘体在可移动接触件侧通过金属波纹管气密地密封，并且在固定接触件侧通过固定的金属盘或稳固的金属盖气密地密封。真空开关管包括其它元件或部分、例如屏蔽电极，下面不对其进行详细讨论。
47.保持件5、6或保持件套筒8例如空心管状地构造，在一端具有向外引导的紧固法兰。替换地，保持件可以是高压断路器1的壳体的整体的组成部分。具有在空间上固定的保持件套筒8和可移动滑动件7的保持件6以及保持件5例如空心管状地构造，其中，真空开关管2适配地推入到空心管中，并且例如通过密封件气密地密封。可移动滑动件7例如在开关时可以通过驱动器驱动，并且在移动时尤其形状配合地在固定的保持件套筒8中滑动。因此，保持件6可以通过驱动器以可移动的方式被驱动，即可移动滑动件7在开关时尤其可以通过驱动器在固定的保持件套筒8中被驱动。
48.高压断路器1可以具有壳体，壳体填充有开关气体、尤其sf6和/或清洁空气。壳体
例如是尤其气密地密封的空心绝缘体，其尤其在外圆周处具有肋，以减少漏泄电流，壳体由陶瓷、硅树脂和/或复合材料制成。或者，壳体例如是气密地密封的金属罐，该金属罐电接地。例如端子接线片由保持件从壳体向外引导，用于将高压断路器1电连接到电网、尤其连接到发电机和/或用电设备和/或电力线。高压断路器1例如还包括载体，尤其用于将高压断路器1布置在基部上。此外，高压断路器例如具有驱动器、尤其弹簧储能驱动器以及运动链的元件、例如传动装置和至少一个驱动杆，用于在开关时驱动可移动接触件。
49.高压断路器1配备有可移动接触件和固定接触件，替换地或附加地，可以包括其它接触件，和/或可以包括至少两个可移动接触件。具有尤其由铜制成的接触件3和4的真空开关管2与保持件5和6、即尤其由铝制成的可移动滑动件7之间的机械稳定的、导电良好的连接难以通过传统的、尤其形状配合的卡箍连接来建立。在接触件3、4和保持件5、6、尤其滑动件7之间使用根据本发明的直接的收缩连接，实现了真空开关管2的接触件3、4和保持件5和6或者可移动滑动件7之间的过渡或接触，该过渡或接触尤其在快速的驱动移动中是机械稳定的，并且是导电良好的，而没有大的发热。良好的导热性尤其是使得能够从真空开关管2中良好地排走废热。由此降低和/或排除了真空开关管2的损坏和/或毁坏的风险。
50.附图标记列表：
[0051]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
高压断路器
[0052]2ꢀꢀꢀꢀꢀ
真空开关管
[0053]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
固定接触件
[0054]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
可移动接触件
[0055]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
固定接触件的保持件
[0056]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
可移动接触件的保持件
[0057]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
可移动滑动件
[0058]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
固定保持件套筒。