CN100383906C - 用于以协调的方式启动至少两种开关装置的控制设备 - Google Patents

Abstract

控制设备包括包含有可以分开的用于中断目的的一对触点(5，6)的第一种真空开关装置(1)。它还包括用于启动第二种开关装置(10)的主驱动轴(2)，其中开关装置(10)浸入位于确定压力(P₂)下的气态绝缘流体(G₂)中，并且还包括能够使第一种开关装置(1)的动触点(5)被驱动的副轴(4)。副轴(4)以密封方式穿过将气态绝缘流体(G₂)的体积与低压下的流体(G₁)的另一个体积(V₁)分开的壁(7A，7’)，两种流体(G₂，G₁)的各自的压力(P₂，P₁)之间的压力差可以产生施加在所述副轴(4)上并且参与形成所述接触压力的特定的力(F_p)。

Description

用于以协调的方式启动至少两种开关装置的控制设备

技术领域

本发明涉及用于以协调的方式启动至少两种开关装置的控制设备，两种开关在电学上串联地连接在一起构成开关装置，其中在真空中执行中断的第一种真空开关装置包括一对可以分离从而从闭合位置转换到断开位置的触点。控制设备包括用于启动浸入在确定压力下容纳在特定体积中的气态绝缘流体中的第二种开关装置的主驱动轴，并且控制设备还包括副轴，其中当所述主轴移动时，该副轴适合于在偶联器作用下发生移动从而能够驱动第一种开关装置的动触点，当所述第一种开关装置处于闭合位置时，通过选取产生比确定值更高的触点压力而使所述动触点保持挤压着所述第一种开关装置的另一个触点。众所周知，当真空隔离开关处于闭合状态时，通常需要一定的触点压力以便防止触点在电动推斥力的作用下产生分离，特别是当短路电流流经隔离开关时。

背景技术

特别地，这种类型的设备在专利文件WO9708723中已经是已知的。用于启动高压混合断路器的控制设备包括用于启动包含介电绝缘气体例如六氟化硫SF₆的气体隔离开关的主驱动轴。混合断路器是空气绝缘的，因为气体隔离开关的中断腔室包含在外部表面上具有翅片的绝缘护套中。主驱动轴容纳在由壳体界定的室中，该室与通过气体隔离开关的绝缘护套界定的另一个室连通以便使主轴能够连接到隔离开关的动触点上。壳体的尺寸设计成可以容纳真空隔离开关，该真空隔离开关的固定触点连接到它的一个壁上。因此壳体构成高压混合断路器的一极。

混合断路器的该极的连接端头通过插入到两个室之间而固定到壳体上，这样断路器中的恒定电流就不会经由真空隔离开关流过，其中真空隔离开关的功能是在电流中断时阻止瞬时电压的重新建立。真空隔离开关的动触点通过一连接编织物在电学上连接到气体隔离开关的动触点上并且通过副轴启动，其中副轴配备了用于产生在真空隔离开关处于闭合状态时足够的触点压力的弹簧装置。副轴垂直于主轴并且经由外形像曲拐的杆连接到主轴上，并且该杆围绕相对于壳体固定的轴进行枢转，因此允许运动可基本上偏转90°。

真空隔离开关承受用于填充两室的介电绝缘气体的压力。因为主要是基本上为零的压力处于也可称作真空腔室的真空隔离开关的密封腔室内，因此腔室必须调整成能够抵抗可能特别大的外部气体的压力，特别是真空腔室的绝缘圆柱形壁和金属风箱上。如果绝缘气体的压力需要相对较高(当使用气体混合物时通常大于五巴，其中根据现有技术，氮气的比例大于80％或者使用纯氮气)，可以使用真空腔室，其中密封腔室的结构设计成能够抵抗所述压力，但是这种隔离开关的类型却是罕有的并且特别地昂贵。还可以配设围绕着真空隔离开关的保护加固件，如从日本专利文件JP2003045300中已知的一样，其中描述了围绕着真空腔室的包覆成型的树脂设计成浸入几巴压力下的纯氮气中。这种解决方案实现起来比较昂贵，并且很难保持防止过高压力的绝缘气体作用特别是作用到腔室的金属风箱上，因此存在风箱变形或者断裂的风险。

欧洲专利申请EP1310970也公开了这种类型的另一个设备，其中使用了不同的偶联器用于使真空隔离开关的动触点由连接到主轴上的副轴驱动。另外，这两种开关装置(在这个专利文件中没有示出)在电学上串联地连接在一起，特别是通过用于封闭偶联器并且与气体隔离开关的中断腔室连通的壳体连接在一起。因此，混合断路器中的恒定电流经由真空隔离开关流过。副轴配设有弹性装置，例如弹簧圆盘或者贝氏弹簧垫圈配置，用于在真空隔离开关处于闭合状态时产生足够的触点压力。这些弹性装置容纳在基本上为插座形的并且端壁配设有通孔的支撑构件内，其中副轴可以穿过该通孔。支撑构件紧密地插入凸缘中，该凸缘连接到壳体上并且参与将两种开关装置串联地连接在一起。当真空隔离开关断开时，弹性装置发生变形同时夹持在插座的端壁和固定到副轴的杆上的套环之间。套环和插座的台肩之间的空行程保留真空隔离开关的动触点的剩余行程，直到隔离开关完全断开时为止。

真空隔离开关位于与由壳体界定的室邻近的室中。即使用于使绝缘气体经过上述的弹簧配置的通路相对较窄，两个邻近的室经由支撑构件内部的空间也彼此相互连通。结果，如果气体隔离开关中断腔室中的绝缘气体的压力需要相对较高时，真空隔离开关的室不可避免地会受到相同的或者几乎一样高的压力。真空隔离开关的密封腔室对压力的抵抗力的问题也因此对这种混合断路器设备产生了。

另外，用于产生真空隔离开关中的触点压力的弹性装置例如垫圈，就不能使隔离开关的动触点获得较长的行程。通常，弹性垫圈允许大约为一厘米的最大行程。不幸的是，高压混合断路器必须标称逐渐增大的电压范围，这将会使得需要采用具有逐渐增大的并且通常大于两厘米的触点间隔的真空隔离开关。在这种情形下，看起来很难继续使用真空隔离开关的控制设备中的弹簧盘或者垫圈，因为在隔离开关的触点之间的最大间隔由与隔离开关的固有特性无关的触点压力弹性装置的特性来限制。关于这个研究对象，可以想到对于真空隔离开关的动触点固有允许的最大行程通常取决于隔离开关的密封金属风箱的弹性极限。

使用传统的螺旋弹簧对于真空隔离开关的动触点而言可以获得期望的行程。但是由于传统上触点压力全部由机械弹簧提供，所以触点压力弹簧设备的尺寸和移动质量会不可避免地增大隔离开关标称的最大短路电流。

发明内容

本发明的一个目的是弥补这些缺陷。本发明的第一目的是能够增大开关装置特别是混合中断开关装置中的气体开关装置中的绝缘气体的压力，而不需提高对真空隔离开关的保护，其中该保护用于抵抗围绕它的密封腔室特别是在密封金属风箱中的气体的压力。本发明的第二目的是提出用于包括真空隔离开关的开关装置的控制设备，该开关装置能够可选择地省略用于产生隔离开关中的触点压力的机械弹性配置，或者至少能够使这种弹性配置不必独自产生使隔离开关流过短路电流所需的大部分触点压力。最后，另外的目的是使真空隔离开关的动触点在隔离开关固有允许的整个行程上被驱动。

为此，本发明提供一种如上界定的控制设备，其特征在于副轴以密封方式穿过将气态绝缘流体的体积与另一种低压流体的体积分开的壁，两种流体各自的压力之间的压力差产生一个力，该力施加到副轴上并且参与形成接触压力。

在第一有利的实施例中，副轴的一部分由适合于在孔内部移动的活塞构成，该孔以密封方式安装在壁的开口中，用于密封气态绝缘流体的密封装置布置在活塞和孔之间。优选壁和孔构成连接到第二种开关装置的一极上的导电装置，活塞包括至少一个连接到第一种开关装置的动触点上的导电部，并且滑动触点放置在孔和活塞的导电部分之间。壁可以由壳体的一个面构成，该壳体至少封闭气态绝缘流体体积的一部分并且其中放置了偶联器。

如果开关装置设计成用作空气绝缘的开关装置，那么壳体优选在以密封方式装配到绝缘护套的一端上的一侧上开口，该绝缘护套在第二种开关装置的两极之间配设空气绝缘体。然后壳体直接置于空气中并且在第二种开关装置的绝缘气体和外部空气之间提供密封。

如果开关装置是设计成用作金属包层类型的开关装置，那么然后壳体用于提供机械支承而不是密封，因为在气态绝缘流体的体积和外部空气之间开关装置的金属包层必需是密封的。

在第二实施例中，壁粘结到电连接到第二种开关装置的一极上的导电板上，并且具有在中央配设有开口的柔性区域，其中所述副轴以密封方式穿过该开口。然后壁的柔性区域构成执行用于产生压力差的机械作用的密封风箱。优选副轴配设有适合于与在电学上连接到导电板上的孔内部的电触点一起移动的导向活塞。

在上述的两个实施例中，偶联器可以包括适合于在副轴上施加力的弹性压缩机械装置，从而除了由两种绝缘流体的各自压力产生的压力差获得的力之外，它也参与形成所述的接触压力。

附图说明

通过阅读下面参照附图给出的说明，将会更清楚地理解本发明的特性和优点，其中附图通过非限制性的实例显示了本发明的特定实施例，其中：

图1是应用到断路和分离装置上的本发明的控制设备的示意视图，其中该断路和分离装置本身是已知的并且显示出处于电流流通状态或者闭合位置上；

图2是图1的控制设备的示意视图，显示出其中开关装置中断电流的电流中断的断开位置上；

图3是应用在混合中断开关装置中的本发明的控制设备的示意视图，该混合中断开关装置中真空开关装置放置成与气体开关装置的主轴基本上垂直；

图4是图3的控制设备的示意视图，显示了开关装置处于断开位置；

图5是类似于图3的控制设备的示意视图，其中作了准备可以使在气体开关装置执行断路器的功能结束之后真空开关装置再次接通；

图6是应用于金属包层开关装置中的与图5类似的控制设备；

图7是本发明的另一种控制设备的示意视图，其中偶联器用于将主轴和副轴联结在一起从而可以实现类似于通过图3的控制设备所获得的结果，并且其中为用于提供气态绝缘流体提供密封的密封装置中可能发生的任何泄漏提供了安全放电；

图7a和7b是高度简化的视图，其中显示了真空开关装置的动触点通过图7中所示的偶联器的旋转凸轮驱动的所用的原理；

图8是图3的控制设备的示意视图，其中向该控制设备上添加了弹性装置来增强电流流通的闭合位置状态下的触点压力，在该闭合位置状态下电流经过开关装置；

图9是显示了对用于启动如图3所示的真空开关装置的动触点的启动机构进行了改进的示意视图，从而能够在没有增大本发明的控制设备所需的驱动能量的前提下增大开关装置中的触点压力；

图9a是图9所示的经过改进的启动机构的放大图，其中开关装置处于闭合位置上；

图9b是图9a中的启动机构的示意视图，显示出开关装置处于断开位置；

图9c是用于启动真空开关装置的动触点的另一种改进启动机构的示意视图，可以实现通过图9的启动机构所获得的效果类似的结果；

图9d是用于启动真空开关装置的动触点的另一种改进的启动机构；

图10是用于提供气态绝缘流体的密封的密封装置的另一个实施例的示意视图，其中气态绝缘流体的压力用于操作本发明的控制设备，并且

图11是图10中所示的控制设备的变体实施例的示意视图，其中包括大气压下的安全空间和根据图7的控制设备中应用的安全原理进行的操作。

具体实施方式

在图1中以图形显示的本发明的控制设备适用于开关装置，更精确地说是适用于断路和分离装置，如从专利文件WO0074095A1中已知的断路和分离装置。该文件描述了用于以组合方式启动两种在电学上串联在一起的两种开关装置的驱动机构，其中第一种开关装置为真空开关装置，第二种开关装置由切断开关构成，该切断开关具有枢转地安装的置于空气中的开关刀片从而在第一种开关装置已经中断电流之后执行切断开关的功能。用于驱动真空隔离开关的动触点的驱动杆可以通过枢转地安装凸轮启动从而平移地移动，该凸轮适合用于挤压在杆的一端与其为一个整体的或者固定到杆上的台肩。用于提供触点压力的机构在这个文件中没有进行描述，但是可以使用传统的弹簧加压的和/或电磁控制机构。用于驱动枢转地安装的刀片的驱动联结被铰接到被约束成与凸轮旋转的杆上，并且主驱动轴铰接到另一个杆上以驱动凸轮旋转。

因此，通过移动，主驱动轴使得可以以协调的方式启动两种开关装置，因此能够使所述的两种开关装置以确定的时间次序进行移动。该实例中的凸轮的外形使得可以在凸轮转得充分远从而可以从切断开关的固定触点将枢转地安装的开关刀片分开之前迅速地分离真空隔离开关的触点。这与这种断路和分离装置的常规次序相对应。

图1中所示的断路和分离装置与在专利WO0074095A1中描述的装置在很多方面类似。通过本发明对现有技术所作的第一种修改在于，提供了使用在压力P₂下的气态绝缘流体G₂填充的外壳，并且该外壳的体积V₂包含了切断开关的开关装置10和控制设备的一大部分。外壳包括金属壳体7，该壳体在电学上连接到切断开关10的枢转地安装的刀片15上，并且在切断开关10附近有开口从而以密封方式装配到绝缘护套18的一端上。切断开关置于具有比环境空气的介电绝缘性能更好的介电绝缘性能的受压气体介质中，这样就可以增大处于断开位置上的切断开关的介电强度或者可以减小切断开关的尺寸而没有减少它的介电强度。

壳体7构成切断开关的两极之一，绝缘护套18提供壳体和支承切断开关的固定触点16的另一极之间的空气中的绝缘作用。它直接置于空气中并且在绝缘气体G₂和空气之间提供密封。主驱动轴2包括能够以平移方式移动并且以密封方式经过壳体从而连接到控制机构(未显示)上的部分。与WO0074095中的设备的装置类似，偶联器3包括枢转地安装的固定到杆上的凸轮14，该杆铰接到传动杆12上用于驱动枢转地安装的刀片15。装置3使主轴2和充当用于驱动真空隔离开关1的动触点5的传动杆的副轴4的各自的运动进行耦合。显示出触点5处于电流流通的闭合位置，并且压在真空隔离开关的固定触点6上以便提供所需的触点压力。

在此实例中，副轴4配设有活塞4A，该活塞4A以密封的方式经过壳体7的壁7A并且适合于在孔8内部移动，该孔通过以密封方式安装在经过所述壁7A的开口中的零件形成。用于绝缘气体G₂的密封的并且由O形环封层形成的密封装置17配备在活塞和孔8之间。活塞4A配设有至少一个装配成与真空隔离开关的动触点5进行电接触的导电部4A2。当活塞4A移动时，活塞的部4A2仍经由滑动触点保持与孔8电接触，其中滑动触点例如为本身已知的O形环弹簧触点。

孔8在壳体7的外部上打开而进入使用流体G₁填充的体积V₁中，其中流体G₁保持在比壳体中的气态绝缘流体G₂的压力P₂低的压力P₁下。流体G₁可以是可选择地与G₂的种类相同的绝缘气体，或者介电液体或者凝胶体或者小体积的空气或者是处于压力P₁下而没有任何特定介电性能并且接近介电凝胶体的体积提供的其它一些气体，或者是围绕着真空隔离开关的密封腔室的固体，从而在隔离开关的两极之间提供介电绝缘介质。在图1中，所示的流体G₁是包含在刚性绝缘护套11中的绝缘气体，其中绝缘护套11以密封的方式围绕着它的孔8固定在壳体7上。

壳体7内部的气体G₂的压力P₂和密封护套11内部的气体G₁的压力P₁之间的差向活塞4A施加了压力差F_p，该压力差F_p为值P₂-P₁乘以孔8中的活塞剖面面积所得到的值。作为这些参数的函数，即使是在短路电流流经隔离开关时，也可以调整压力差F_p使它保证能够将真空隔离开关1的触点5和6夹持在一起所需的接触压力。还应当指出，施加在真空隔离开关1的动触点5上的总压力差实际上是上面界定的压力差F_p和施加在真空隔离开关的密封金属风箱19上的气体G₁的压力的总和，因为风箱形成了隔离开关的密封腔室中的真空与围绕着所述腔室的气体G₁之间的移动分离物。下文中，接触压力F_c定义为除了气体G₁施加在隔离开关的密封风箱上的压力所得到的力之外施加在真空隔离开关的动触点5上的力，用于使隔离开关的触点在指定的电流条件下保持在一起。

在图2中，显示了图1的控制设备处于断开位置的状态，其中电流被开关装置中断了。虽然切断开关中包括枢转地安装的刀片的部分没有示出，但是通过用于驱动切断开关的枢转地安装的刀片的位置可以理解所述刀片是断开的。由控制设备(未显示)驱动的向图形底部移动的主轴2使枢转地安装的凸轮14转动，并且凸轮的外形压住副轴4的台肩4B作为转动的开始。凸轮14用来压住台肩4B的力调整得足够大从而超过压力差F_p，该压力差F_p在活塞4A的整个行程中基本上保持恒定。如图中所示，当活塞达到它的行程终点时，真空隔离开关的触点5和6是分离的，并且具有调整的没有超过隔离开关的金属风箱19的弹性极限的间隔。

在图3中，显示了本发明的控制设备应用在被称作“混合中断断路器”或者“混合断路器”的开关装置中，该“混合中断断路器”联合了在真空中执行中断的开关装置和在气体中执行中断的开关装置。下文中，这两种开关装置分别称作“真空隔离开关”和“气体隔离开关”。气体隔离开关10(在图形的左侧没有示出)通常具有动触点装备，该动触点装备包括适合于由用于驱动混合断路器的主轴2驱动平移的移动电弧触点。主轴经由绝缘杆传统地连接到控制机构(在图形的右侧没有示出)上。在这个图中，轴2的位置对应于混合断路器的闭合状态，即该状态中恒定电流流经断路器。真空隔离开关1和副轴4沿着平移移动的轴线都沿着基本上垂直于轴线X的相同轴线Y放置，但是所述的轴线之间也可以是不同于90°的角度，其中主轴2沿着X平移移动。

真空隔离开关1、孔零件8、活塞4A和密封装置17与图1中的相应的元件样式相同。优选构成密封装置17的O形环密封没有与活塞4A的导电插座形部分4A2接触，并且置于形成孔8的零件中的凹槽中从而永久地按住以密封方式安装在所述部分4A2上的环状元件27。环状元件27可以不需要是导电的，并且适合于在挤压O形环的同时能够移动，而不会显著影响密封的质量。因此能够使气态绝缘流体G₂向气态绝缘流体G₁的体积V₁的泄漏在混合断路器的操作超过一年之后还保持在非常低的程度上。

理想的情况是，基本上与从体积V₁流向绝缘护套11外部的气体G₁的损失在时间上的平均值相等的值为气体G₂向体积V₁泄漏的量。这样，如果气体G₁和G₂类型相同或者具有类似的介电性能，护套11中的气体的压力P₁可以保持在由容许的极值[P_1min，P_1max]所界定的范围内，该极值[P_1min，P_1max]用于保留真空隔离开关1两极之间的介电强度而同时又不会超过最大值，其中最大值为隔离开关的机械结构的临界值。出于对安全的考虑，可以配备压力测量设备P₁，特别是用于检查所述压力是否保持在比下限P_1min高的值上并且用于防止如果P₁下降到所述极限之下混合断路器发生分离。相反地，一旦超过临界最大值P_1max，可以提供一种例如由具有预应力弹簧的阀23构成的安全设备。例如，这种阀可以安装在用于支承真空隔离开关1的固定触点6并且封闭护套11的金属盘22的开口中，并且这种阀调整成稍微地开口以便向大气释放压力超过临界最大值的少量气体G₁。当然，这种解决方案假定气体G₁对大气不存在危险，因此有利的是，当实现这种解决方案时可以使用氮气。

两种气态绝缘流体G₂和G₁各自的压力P₂和P₁之间的差产生了特定的力F_p，该力施加到副轴4上，并且在此实例中独自提供了如图1的设备中的整个接触压力F_c，力F_p与活塞的直径D的平方成比例。

与图1中所示的开关装置中的壳体类似，金属壳体7在气体隔离开关10的附近开口以便以密封方式装配到用于封闭气体隔离开关的断路腔室的绝缘护套(未显示)的一端上。壳体7通过在电学上连接到所述隔离开关的动触点设备(未显示)上而构成气体隔离开关10的两极之一。活塞4A的导电部分4A2通过滑动触点9与孔8保持电接触。这样构成的混合断路器就像图1的设备一样为空气绝缘的。

用于将主轴2和副轴4联结在一起的偶联器3包括凸轮30，凸轮30被约束着同主轴2一起平移地移动并且可以通过图中所示的所述轴2的一段2A形成。凸轮30的表面调整成适合用于对被约束着与副轴4一起移动的滚动元件或者轮子31进行导向。所述轮子的轴安装在由构成副轴4的一部分的托架4A3承载的支座上。这种托架固定到插入活塞4A的导电部4A2中的部分4A1上，所述部分4A1不必非得是导电的，因为孔8和隔离开关的动触点5之间的导电性由部分4A2来提供。副轴4的托架4A3的端部4B适合于在导向元件13中平移地滑动，该导向元件13固定到壳体7的一面7B上，该面与构成副轴的活塞4A穿过的壁7A的面相对。

因此，当混合断路器分离从而中断电流时，被驱动沿着轴线X平移的主轴2使得可以在确定量的空动之后驱动副轴4沿着轴线Y平移直到真空隔离开关和触点5和6完全分离时为止，如图4所示。主轴2的空动在此定义为轴行进的距离，并且因此也顺次为气体隔离开关的移动弧触点行进的距离，该移动弧触点的移动用于使凸轮30从断路器的闭合状态来与轮子31相接触。众所周知这种空动在混合断路器中通常上是需要的，这样当真空隔离开关的触点开始分离时气体隔离开关的电弧触点基本上以特定的相对速度进行分离。空动有时也可以被称作用于使气体隔离开关的电弧触点提高到所需的相对速度的“加速”距离，并且它通常对应于处于“套管”接触配置中的隔离开关的两个电弧触点的相互重叠距离。

在此实例中在主轴2和副轴4之间使用的联结的凸轮和轮子实现了运动偏转变速机构领域中众所周知的原理。这种联结对于用于以协调方式控制多个包括真空隔离开关的电学开关装置项目的控制系统已经应用很久了。特别地，专利文件EP0132083显示了一种设备，该设备中能够从驱动轴启动真空隔离开关和切断开关，该驱动轴用于驱动由单个控制机构平移移动的切断开关的动触点。被约束着与所述轴一起平移移动的凸轮被连接到约束着与真空隔离开关的动触点平移移动的轮子上，该隔离开关放置成与轴垂直。触点压力弹簧恒定地向真空隔离开关的动触点施加推力，从而当所述隔离开关处于闭合位置时获得隔离开关中所需的触点压力。

因此在这个控制设备中使用的偶联器3与EP0132083中描述的偶联器类似。应该注意本发明可以使之更加有利的是省略在传统设备中必需的触点压力弹簧，或者不管怎样，可以减小由下文中图8和图9的说明中所示的机械弹簧设备施加的力。优选在本发明的控制设备中，轮子31和主轴2调整成当混合断路器处于如图3所示的闭合状态时以及在断路器的脱离期间主轴空动行进时这两种元件之间只存在较少量的间隙。已知在混合断路器的工作寿命期间，在真空隔离开关的触点分离时真空隔离开关的触点在电弧撞击动作的作用下会发生磨耗，并且随着时间的过去，这种磨耗可以导致在隔离开关处于闭合状态时动触点会变得更接近固定触点。提供上述少量的间隙以便适应动触点以这种方式略微靠近，并且因此当混合断路器处于闭合状态时，可以防止副轴4上的接触压力导致的任何应力施加到主轴2上。

凸轮30沿着轴线Y的高度选择作为真空隔离开关的触点5和6所期望的如图4所示的间隔e的函数，其中副轴4沿着轴线Y平移移动。

在图4中，显示了在开关装置处于断开位置时的图3的控制设备。为了简化，可选的用于释放真空隔离开关1的绝缘护套中的过大气体压力的安全设备在这个图形中没有示出。从如图3所示的混合断路器的闭合状态开始，通过主轴2沿着轴线X向图形右侧进行平移移动从而分离气体隔离开关10的电弧触点，断路器发生分离。一旦主轴2已经行进超过空动期间，与凸轮30的“开口”斜坡对应的主部30A就同辊子31接触从而驱动副轴4沿着轴线Y向图形底部平移。因此真空隔离开关的动触点5就通过主部30A的形状采用预计的运动路径。当轮子31离开凸轮的主部30A时，即当轮子压住的凸轮表面重新变成与轴线X平行时，副轴4停止平移移动。因此在真空隔离开关1的触点5和6已经完全分离期望的间隔e之后，还可以继续移开气体隔离开关的电弧触点，直到图4中显示出的断路器功能结束时为止。应该注意到，当真空隔离开关1断开时，构成密封装置17的O形环密封仍继续地保持压住用于向活塞4A提供气体密封的环状元件27。

在如图4所示的断路器功能结束时的位置上，轮子31使用与活塞4A两侧上的两种气体之间的压力差获得的F_p相等的力压住凸轮30。主轴2和它的凸轮30因此将真空隔离开关的动触点5锁在它的断开位置上。

图5概略地显示出类似于图3的控制设备的控制设备，并且其中在通过气体隔离开关执行断路器功能结束之后真空隔离开关重新闭合。在断路器功能结束之后的主轴2行进的附加行程使开关装置除了执行断路器功能之外还可以执行切断开关功能，因为气体隔离开关的电弧触点可以充分远以保证隔离开关的气态绝缘流体G₂中的分离距离。主轴2中用于形成凸轮30的一段2A比图3和4的设备中的凸轮要长，以便在凸轮上配设具有“再次接通的”斜坡的辅助部分30B。再次接通的斜坡以不同于凸轮主部30A的开口斜坡的另一种方式发生倾斜。

在主轴2行进附加行程的同时，辅助部分30B的斜坡外形使轮子31并且因此使副轴4移得更接近真空隔离开关的固定触点，这样，在碰撞的时候动触点以几乎为零的瞬时速度来压住所述固定触点。在重新闭合之后，向真空隔离开关的动触点施加与混合断路器的闭合状态相对应的接触压力相同的接触压力。再次接通可以防止当混合切断开关断路器处于分离位置时在电学上连接到真空隔离开关的动触点上的这部分具有漂浮电势，因为当通过开关装置分离的线处于特定配置时这种漂浮电势会损坏真空隔离开关。

图6概略地显示出应用于金属包层开关装置中的与图5类似的控制设备。应该注意到，在这类应用中，在使用时处于高压电势的壳体7必须在电学上与构成开关装置的金属包层的不漏气的金属包层42绝缘。因为不漏气的包层以特定压力P₂封闭了气体断路器的气态绝缘流体G₂，所以壳体7就不必必须是不漏气的，除非例如壳体中的气体压力要比壳体和包层之间的其它空间中的压力大。在本发明中，壳体7是开口的，并且对于空气绝缘开关装置执行与上述的本发明的控制设备相同的导电和机械支承作用。

主轴2和它的凸轮30调整为开关装置除了能够执行它的断路器功能之外还能够执行切断开关功能。可选地，主轴2的导电部分经由滑动触点在电学上连接到壳体7上，并且在它的位于壳体外部的一端上配备块2B，其中绝缘杆铰接到块2B上形成轴2的部分2C并且以密封方式穿过金属包层装置的包层42从而连接到控制机构(未示出)上。块2B调整成在切断开关功能结束之后轴2的绝缘杆2C通过轴2行进附加的行程而与端头43进行电接触，该端头43固定到包层42上，并且轴2的绝缘杆2C穿过端头43。因此壳体7经由主轴2的导电部分连接到包层42的地电势上。这使连接到真空隔离开关的固定触点上的金属包层线可以接地，因为在断路器功能结束时所述隔离开关已经再次接通并且因此它的固定触点已经在电学上连接到壳体7上。在此实例中，金属包层线的中央导体50浸入到气体G₁中，该气体G₁围绕着真空隔离开关的密封腔室并且压力P₁比围绕气体隔离开关的气体G₂的压力P₂低。所得的开关装置是可以执行在线的一侧上接地的附加功能的金属包层混合切断开关断路器。

图7概略地显示了开关装置处于闭合状态下的本发明的另一种控制设备。副轴4与图3的控制设备的副轴相同。同图3的副轴一样，它支承调整成通过凸轮而移动的轮子31，并且适合于在固定到壳体7上的导向元件13中平移滑动。在此实例中，主轴2和副轴4之间的偶联器使用旋转凸轮14’来作用在轮子31上。凸轮14’的旋转轴48安装在固定到壳体7上的支座上，并且约束着与较大的轮子32一起旋转，该较大的轮子32配设有一圈与通过主轴2支承的齿条21啮合的齿。因此平移移动的主轴使凸轮14’旋转，凸轮的外形调整成一旦主轴行进特定量的空动时它就通过与气体隔离开关的触点的分离相协调的方式作用在轮子31上。

在此实例中，围绕着真空隔离开关的密封腔室的介电介质由围绕着所述腔室包覆成型的并且包含在绝缘护套11中的介电材料28构成。以已知的方式，绝缘护套11也可以由包覆成型的介电材料28形成，如果所述材料具有足够的机械刚度并且如果它能够抵抗得住该元件的话。只有具有小体积V₁的气体流体G₁邻近真空隔离开关的密封腔室并且位于腔室的端板和孔零件8之间，其中隔离开关的动触点穿过该端板，副轴4的活塞4A在该孔零件8中滑动。气体G₁不必非得是绝缘气体，因为不必非得在真空隔离开关的两极之间配设介电绝缘体，并且不必非得监测所述气体的压力，因为任何泄漏对两级之间的介电绝缘体不会有影响。

在此实例中配备密封装置26用于防止体积V₁和外部大气之间的任何连通，并且气体G₁以高于大气压的压力进行供给，所以体积V₁的任何泄漏都是仅仅沿着一个方向即朝外部大气发生。这个的目的是保持体积V₁特别地不受外部大气的湿度和灰尘的影响。优选气体G₁在制造厂里组装开关装置的期间以例如大约为大气压的两倍的压力被供入，并且该压力与壳体7中气体G₂的临时填充压力相对应，从而在开关装置为了使用的目的最终就地填充之前便于开关装置的安全运输。因此在开关装置离开制造厂之后不需要填充或者检查体积V₁，这对操作者很有利。应当指出密封装置26并不是必需的，因为如果真空隔离开关的动触点穿过的端板调整成在这种配置中操作的话，使用与外部大气连通的空气填充体积V₁也是可以接受的。

孔零件8配设有径向孔24，该孔24使外部大气与活塞4A和孔8之间的间隙连通并且向密封装置17和真空隔离开关之间的所述间隙开口，这样气体G₂从壳体7的体积V₂发生的任何泄漏都经过密封装置17排出到外部大气中。因此，气体G₂的任何这种泄漏都不会导致体积V₁中的气体压力的增大，因此不需要在所述体积和外部大气之间安装用于排出过量压力的安全设备，例如阀，例如图3中设备的阀23。在气体G₂经过密封装置17泄漏的情况下，径向孔24本身就形成安全的排放。

图7a和7b是示出了真空隔离开关的动触点由旋转凸轮14’驱动所用到的原理的高度概括的视图。图7a复制了图7的配置，其中真空隔离开关1的触点是闭合的。在实际中，应该注意到轮子31的滚动表面和凸轮14’的对应于空动的圆弧状部分的表面之间的少量间隙是需要的。

图7b对应于在混合断路器已经分离之后的图7的配置，并且这时真空隔离开关的触点完全分离而具有期望的间隔e。这时，凸轮已经几乎转动经过180度，并且它会继续转动而同时保持间隔e。应该注意到凸轮的外形可以使真空隔离开关通过主轴2行进附加的行程而再次接通并且当然要假设齿条21具有足够的长度。

经由旋转凸轮的联结使得可以获得与图3的控制设备中通过使用凸轮平移移动进行联结所取得的结果类似的结果。图7的控制设备可以提供如下的优点：首先，在空动结束时可以减小凸轮14’和轮子31各自表面之间碰撞的相对速度，其次可以相当大地减小施加在主轴2上的横向力，因此特别地可以抑制轴的纵向导向元件上的磨损。然而，实现这种联结比使用凸轮平移移动进行联结费用昂贵。

图8中图示的控制设备对图3的控制设备进行了改进。添加弹性压缩机械装置来增强闭合位置中的触点压力，在该闭合位置中电流经过开关装置。弹性压缩装置包括以预应力的方式沿着轴的轴线Y安装在副轴4上的弹簧35。弹簧35具有两端，其中一端挤住容纳在支撑构件34’中的推动元件34，该支撑构件34’固定到轴4的托架4A3上，另一端挤住轴的活塞4A。当弹簧35在指状物33的作用下压缩较小的幅度时，通过将推动元件34具体远离由构件34’保持的支撑位置，推动元件34就更靠近弹簧35的另一端，其中指状物33固定到主轴2上，并且在此实例中它调整成适合于推动元件34的支撑下进行滑动。

弹簧35的这种压缩可以使除了通过两种气态绝缘流体各自的压力之间的压力差获得的压力差F_p之外，还有另外的力施加到副轴4上，这样，当开关装置中闭合位置时即当气体开关装置处于闭合位置时就增强了接触压力F_c。如果力F_p独自不能够充分地提供用于抵抗电动力所需的接触压力F_c，那么上面的这种配置就非常有利，其中在短路电流流过时该电动力趋向使真空隔离开关的触点移开。这种配置比其它的更可取，因为它增大了活塞4A的直径从而增大了压力差，因为即使在大量气体从气体隔离开关的体积中泄漏出来时它也可以保持最小的接触压力值。即使是在不太可能的事件即由于非常多的气体发生泄漏而使气体隔离开关的体积恢复大气压发生的情况下，通过机械弹簧保证的这种最小的接触压力也可以使开关装置在它的闭合位置保持运行以便流过标称电流。因此真空隔离开关的触点不会弹回(并且分离)而且不会在触点之间撞击出电弧，只要所述最小接触压力值超过指定标称电流所需的最小值即可。

因此，添加机械弹簧系统用于增强本发明的控制设备中的触点压力可以构成对于装备有控制设备的开关装置的可靠性和操作连续性这些方面有利的安全系统。对于这种附加的机械弹簧系统还可以设想出其它不同于图8中的设备的配置，并且一个(或多个)弹簧的机械能可以对真空隔离开关触点的完全分离起到作用，如下文所述。附加的机械弹簧系统在图9中通过图形显示出，它对于如图3所示的用于启动真空开关装置的动触点的启动机构进行了改进。这个附加的系统具有包括两个弹簧36和37的弹性压缩机械装置，每个弹簧作用在枢转地安装的臂上，每个弹簧的一端都配设有在轴4的端4B附近压住副轴4的托架4A3上的成形滚动表面的轮子，其中轴4的端4B可以在固定到壳体上的导向元件13’中平移滑动。

这个附加的弹簧系统在图9a中以放大的方式显示出。两个枢转地安装的臂38和39中的每个都支承各自的轮子40和41。托架4A3上的两个成形滚动表面在此实例中是对称的，并且弹簧36和37以及枢转地安装的臂都是对称放置的。当开关装置处于闭合位置时，由弹簧系统施加的合力F_r沿着副轴4的轴线Y，因为系统是关于所述轴线对称放置的。托架4A3上的每个滚动表面的外形调整成使合力F_r与压力差F_p的方向相同，因此共同参与形成等于F_p+F_r的总和的接触压力F_c。外形也调整成在驱动主轴2断开或者关闭开关装置而导致副轴4移动时使力F_r沿着轴线Y方向进行变化。

力F_r的方向变化可以参见图9b，图中显示出在断路器功能结束之后开关装置处于断开位置时的启动机构。每个滚动表面具有带有侧面凸起的外形，这样，当轮子40或者41与滚动表面之间的接触点超过侧面凸起的顶部时，由弹簧36或者37施加在副轴4上的力的y轴分量减小为零并且改变方向。这种凸起的顶部规定为距离轴线Y最远的凸起区域。因此，当由副轴4支承的轮子31行进超过凸轮30的主部30A并且同时导致轴移动时，当开关装置断开或者关闭时，力F_r绝对值减小为零并且改变方向。

在开关装置断开的同时力F_r改变方向逆着压力差F_p做功。应该注意到这种方向的改变可以一定程度上减小为实现完全的断开而通过主轴2的控制机构所作的功。可以理解，使弹簧的能量和侧面凸起的外形调整成使力F_r保持在绝对值上低于F_p，这样，副轴4就始终受到指向真空隔离开关的可以使隔离开关的触点闭合(或者再次接通)的合力，其中该合力等于机械力和气压力的总和。

图9c概略地显示出用于启动真空开关装置的动触点的另一种改进的启动机构。图9c所实现的结果与通过图9的启动机构所取得的相同，并且可以较低程度地增大所述开关装置中的接触压力而没有增大用于控制设备所需的驱动能量。放置成关于轴线Y对称的两个相同的弹簧36和37中的每个都具有枢转地铰接到固定支座上的第一端和枢转地铰接到副轴上的第二端。当两个弹簧同时沿着垂直于副轴的轴线Y的相同轴排列时，力F_r的方向发生改变，在实际中，一旦轴行进超过真空隔离开关触点之间的期望间隔行程e的大部分时，方向就会发生改变。

图9d概略地显示了用于启动真空开关装置的动触点的另一种改进的启动机构，有利的是，这种机构组合了上述的两种解决方案。副轴4的托架4A3具有单个成形滚动表面，其中安装在枢转地安装的臂的一端上的轮子压着该滚动表面。与参照图9、9a和9b描述的解决方案类似，弹簧37’的一端作用在所述枢转地安装的臂上，并且滚动表面的外形具有侧面凸起，该侧面凸起调整成可以使通过弹簧37施加在副轴上的力的y轴分量降低为零从而改变方向。托架4A3也具有连接到另一个弹簧36一端上的枢转地安装的铰链，如同参照图9c所描述的解决方案中的一样。弹簧36具有比弹簧37小的能量，并且通过两个弹簧施加在轴4上的合力F_r具有分量F_rx，该分量F_rx沿着轴线X朝向气体隔离开关，其中主轴2沿着轴线X平移移动。

分量F_rX的这个朝向可以减小轴4的端4B和固定到壳体7上的导向元件13’之间的接触表面13’A上的瞬时力。当凸轮30和轮子31接触同时开关装置被驱动断开时，由于主轴2以几米每秒的速度发生平移运动，特别是如果凸轮30的主部30A的开口斜坡相对较陡的话，那么这些瞬时力就相对较大。应该注意到枢转地安装的弹簧36并不是必需存在的，如果有必要的话，它主要用于增强合力F_r沿着轴线Y的分量F_rY并且同时减小分量F_rX。

图10概略地显示了用于提供气体隔离开关的气态绝缘流体G₂的密封的密封装置的另一个实施例，其中气态绝缘流体G₂的压力P₂用于操作本发明的控制设备。活塞4A’和支承滑动触点9的孔零件8’之间的间隙49中没有配备用于气体密封的密封装置。活塞主要充当用于引导副轴4的机械导向装置，并且充当在真空隔离开关的动触点和在电学上连接到气体隔离开关的一极上的导电板20之间用于导电的电导体，其中所述板20可以构成金属壳体例如上述实施例中的壳体7的一个面。真空隔离开关被分布在活塞4A’任一侧上基本上具有相同压力P1的气体G₁围绕着。活塞4A’可以配设通过较小的槽25形成的通路，但是这种槽通常是不需要的，因为活塞两侧之间的气体G₁压力需要经由会漏气的间隙49进行平衡即使是相对缓慢的平衡。优选配备用于测量压力P₁特别是用于检查所述压力是否保持比极限压力P_1min高的设备45。

分离两种气态绝缘流体G₁和G₂的壁7’以不漏气的方式粘结到导电板20上，并且在它的中央柔性区域配备开口，副轴4以密封方式穿过该开口。壁7’的形式为密封风箱，并且选择由能够提供足够的柔性和强度的金属来制造。它优选为在中心具有用于使轴4穿过的开口的盘。它的直径可以显著大于活塞4A’的直径，并且活塞的直径也可以减小，只要经由滑动触点9的电导率能够保持使适合于流过开关装置的电流流过即可。通过增大壁7’的直径，可以获得比通过例如如图3所示的具有不漏气的活塞的控制设备所获得的压力差大的压力差Fp，这种比较适合于在两种控制设备之间基本上相等的移动质量。另外，因为在密封风箱样式的解决方案中，没有相对于密封垫片移动的表面，因此可以在风箱和在此实例中通过副轴4构成的移动装置之间的密封连接处获得非常良好的密封性能。

在压力P₂下的气体G₂向压力P₁下的气体G₁的体积V₁的泄漏通常可以忽略，并且流入体积V₁中的气体G₂的量通常总是小于可以从所述体积泄漏到绝缘护套11外部的气体G₁的量。因此在原理上不存在压力P₁增加到超过对于真空隔离开关的机械结构为临界值的最大值P_1max的风险，并且根据经验，不需要提供一种用于排出压力过大的气体G₁的安全设备例如阀。然而，为了绝对安全，可以在体积V₁和外部大气之间配设比较便宜的气体排出设备，该气体排出设备由会破的或者“易碎”盘46构成，并且调整成当盘两侧之间的气体压力差超过确定的断裂值时就断裂。在此实例中，易碎盘46安装在金属环状零件44上，其中金属环状零件44在电学上将孔零件8’连接到导电板20上并且还参与体积V₁和外部大气之间的密封。

图10的上述控制设备的经过变动的实施例在图11中通过图形显示出来。这个变体包括大气压下的安全空间，它使用图7中的控制设备所使用的安全原理进行操作。如果壁7’特别是充当为了密封气体隔离开关的气体G₂的密封风箱的壁7’没有完全密封时，气体G₂经过所述风箱的任何泄漏都经由槽24排出到外部大气中。位于壁7’和副轴的活塞4A内部的体积V₁经由槽24与外部大气连通，并且因此在此实例中包含在所述体积V₁中的气体G₁为大气。

在如图7的开关装置中，介电材料28围绕着真空隔离开关的密封腔室包覆成型。位于材料28和活塞4A之间的体积V₀中的气体G₀类似于图7的设备中所用的气体G₁，并且上面关于气体所述的内容对这个配置也适用。在此实例中，活塞4A不用于产生真空隔离开关中所需的接触压力。正相反，因为气体G₀处于优选比大气压更高的压力下，所以活塞两侧之间的压力差产生往往逆着由柔性活塞7’上的气体G₂所产生的压力差的力(同时保持该力比通过气体G₂所产生的压力差低得多)。优选活塞4A的直径尽可能小，只要经由滑动触点9的电导率保持足够即可。应该注意到密封装置26和密封环状元件27并不是必需的，并且气体G₀因此可以是大气，如上参照图7的设备所说明的一样。

显示出如上所述的控制设备应用在开关装置中，其中每个开关装置都包括与气体隔离开关联合的真空隔离开关。然而，控制设备本发明的控制设备可以应用于其中第一和/或第二种开关装置由在电学上串联或者并联布置的多个隔离开关构成的开关装置。例如，已知的是开关装置可以包括由多个并联连接在一起的真空隔离开关构成的真空类型的开关装置，并且它们的动触点通过连接到适合于平移移动的公共副轴上而被约束着一起移动。

Claims (16)

1.用于以协调的方式启动至少两种开关装置的控制设备，这两种开关装置串联地电连接在一起以构成开关装置组件，其中在真空中执行中断的第一种真空开关装置(1)包括可以分开从而从闭合位置转换到断开位置的一对触点(5，6)，控制设备包括用于启动浸入在确定压力(P₂)下容纳在特定体积(V₂)中的气态绝缘流体(G₂)中的第二种开关装置(10)的一主驱动轴(2)，控制设备还包括副轴(4)，当所述主轴(2)移动时该副轴适合于通过偶联器(3)而发生移动从而使第一种开关装置(1)的动触点(5)被驱动，当所述第一种开关装置处于闭合位置时，通过一力(F_c)，来保持所述动触点(5)压住所述第一种开关装置(1)的另一个触点(6)，所述力(F_c)被选择成产生比一确定值高的触点压力，所述控制设备其特征在于，所述副轴(4)以密封方式穿过将所述气态绝缘流体(G₂)的体积(V₂)与在低压(P₁)下的另一种流体(G₁)的体积(V₁)分开的壁(7A，7’)，两种流体(G₁，G₂)各自的压力(P₂，P₁)之间的压力差产生施加在所述副轴(4)上的并且参与形成所述接触压力(F_c)的一特定力(F_p)。

2.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述副轴(4)的一部分由适合于在孔(8)内部移动的活塞(4A)构成，该孔(8)通过以密封方式安装在所述壁(7A)中的开口中的零件形成，用于密封所述气态绝缘流体(G₂)的密封装置(17)布置在所述活塞(4A)和所述孔(8)之间。

3.如权利要求2所述的控制设备，其特征在于，所述壁(7A)和所述孔(8)构成连接到第二种开关装置(10)的一极上的导电装置，所述活塞(4A)包括至少一个连接到第一种开关装置(1)的动触点(5)上的导电部(4A2)，并且滑动触点(9)置于所述孔(8)和活塞的所述导电部分(4A2)之间。

4.如权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其特征在于，所述壁(7A)由至少封闭气态绝缘流体(G₂)的所述体积(V₂)的一部分的壳体(7)的一个面构成，并且所述偶联器(3)置于气态绝缘流体(G₂)中。

5.如权利要求4所述的控制设备，其特征在于，副轴(4)具有适合于在导向元件(13，13’)中平移滑动的端部(4B)，该导向元件(13，13’)固定到壳体(7)中与构成所述壁(7A)的面相反的面(7B)上。

6.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于，主轴(2)具有一段(2A)，在该段的一侧上配备了布置成形成凸轮(30)的表面，该凸轮(30)用于引导滚动元件(31)，该滚动元件被约束成与副轴(4)一起移动。

7.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述偶联器(3)包括适合于向所述副轴(4)施加作用力的弹性压缩机械装置，从而除了通过两种流体(G₂，G₁)各自的压力(P₂，P₁)之间的压力差获得的力(F_p)之外，还参与形成所述的接触压力(F_c)。

8.如权利要求7所述的控制设备，其特征在于，所述弹性压缩机械装置包括弹簧(35)，该弹簧安装在副轴(4)上并且它的一端挤压适合于在指状物(33)的作用下被压缩的推动元件(34)，所述指状物固定到所述主轴(2)上，并且布置成在第二种开关装置(10)处于闭合位置时压靠住所述推动元件(34)。

9.如权利要求7所述的控制设备，其特征在于，所述弹性压缩机械装置包括至少一个弹簧(36，37)，由所述压缩装置施加在所述副轴(4)上的合力(F_r)可被调整成沿着所述轴平移移动的轴线(Y)改变方向，同时所述轴被移动以断开第一种开关装置(1)，同时保持低于通过两种流体(G₂，G₁)各自的压力(P₂，P₁)的压力差所获得的力(F_p)。

10.如权利要求9所述的控制设备，其特征在于，所述弹簧(36，37)作用在枢转地安装的臂(38，39)上，该臂(38，39)在一端上配备了布置成压住所述副轴(4)上的成形滚动表面的轮子(40，41)。

11.如权利要求9或者10所述的控制设备，其特征在于，所述合力(F_r)具有沿着轴线(X)连续地朝向的第二种开关装置(10)的分量(F_rx)，主驱动轴(2)沿着轴线(X)平移移动。

12.如权利要求2所述的控制设备，其特征在于，所述孔(8)具有使外部大气与活塞(4A)和孔(8)之间的间隙连通的径向孔(24)，所述径向孔(24)敞开进入所述密封装置(17)和第一种开关装置(1)之间的间隙中，这样气体(G₂)经过密封装置(17)的任何泄漏排出到外部大气中。

13.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述壁(7’)粘结到导电板(20)，所述导电板(20)电连接到第二种开关装置(10)的一极上，并且具有柔性区域，该柔性区域在中央设置了使所述副轴(4)以密封方式穿过的开口。

14.如权利要求13所述的控制设备，其特征在于，所述副轴(4)配设有活塞(4A，4A’)，该活塞适合于在电连接到所述导电板(20)上的孔(8，8’)内部移动，并且其中滑动触点(9)布置在所述活塞和所述孔之间。

15.如权利要求14所述的控制设备，其特征在于，密封装置(26)布置在所述活塞(4A)和所述孔(8)之间，并且其中所述的另一个体积(V₁)配备在所述活塞(4A)和所述壁(7’)之间，该体积(V₁)与外部大气连通从而使用基本上处于大气压下的空气进行填充。

16.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述另一体积(V₁)的所述流体(G₁)是气体，并且由阀(23)或者易碎盘(46)构成的安全设备使得如果所述气体的压力(P₁)超过临界值时可以向外部大气排出气体(G₁)。

Images