CN100576401C - 电开关设备 - Google Patents

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Abstract

一种电开关设备，例如，电路断路器，通常必须提供开路位置上的良好介电强度以避免放电。为了提高介电强度，常常在开关设备的触点之间并行设置电容器。对于例如＞500kV的很高电压的应用，串联两个电路断路器来切换这样高的电压，即，需要由两个开关平等地分担要切换的总电压。因为所需要的电容，电容器、因此还有开关设备较大，特别是直径大，而且昂贵。根据本发明，设置了屏蔽(10，11)，以便在屏蔽(10，11)之间以及在连接两个开关(2，3)的连接装置(4)与外壳(5)之间形成额外的电容器C1”、C1”’和C2。所得到的开关设备1具有增强的介电强度，并且总电压由两个串联的开关(2，3)基本平等地分担。

Description

电开关设备
技术领域
本发明涉及一种电开关设备，在该开关设备的外壳中设置有两个开关，并且它们电串联，每个开关包括第一和第二触点，每个开关的第一和第二触点中的至少一个是移动触点，这两个开关的第一触点通过连接装置机械和电连接，开关的第一触点至少部分地被第一导电屏蔽包围，开关的第二触点至少部分地被第二导电屏蔽包围。
背景技术
电开关设备，例如，断路器，一般必须在开路位置提供良好的介电强度，以避免被隔开的各触点之间或者触点与开关设备的接地部分之间的电弧击穿。为了提高介电强度，常常在开关设备的各触点之间并行设置电容器。由于所要求的电容使得电容器大且沉，因此开关设备需要很大空间。对于很高电压的应用，例如＞500kV，将两个电路断路器串联来切换这样高的电压，即，需要由两个开关来分担要切换的电压。对于这种双室电路断路器，为每个电路断路器配有并联在每个开关的各触点之间的电容器，以提高介电强度。在US3786216A中示出了这种双室电路断路器。现有技术的某些配置示出，或者由固体绝缘子制成的电容器被集成到单室电路断路器中(允许特别是当短路故障发生时降低瞬时电压)以及集成到双室电路断路器(允许各室平等分担电压)，或者在室周围为介电的目的包围屏蔽(例如，由金属片制成)。在US5728989A或EP335338A2中给出了这样的开关设备的示例。US3953693A示出了一种具有集成的电容器屏蔽的真空开关。这种真空开关可以串联使用，利用集成的电容器来确保各开关之间的适当电压分配。集成的电容器作为屏蔽也是有效的，并且用作迷宫来屏蔽电弧产物的扩散。为此，将多个屏蔽设置成迷宫那样来形成迷宫通路，这有效地切断了在隔离的触点上生成的电弧粒子。为了形成迷宫，需要大量的这种屏蔽，从而导致尺寸(尤其是直径)巨大的昂贵设计。每个开关被设置在它自己的绝缘材料外壳中。
从现有技术，例如，从US3541284A中也可以知道，采用由两个管状、同轴和部分重叠的、与电单室开关平行的屏蔽，来增加该单室开关的固有电容，从而也增加其介电强度。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种用于高压应用的、精简的双室开关设备，在该开关设备的两个串联的开关之间具有提高的介电强度和良好的电压分配。
该技术问题是这样实现的，即，设置第一和第二屏蔽，从而在第一和第二屏蔽之间形成屏蔽电容器，设置部分包围连接装置的第二屏蔽，从而在第二屏蔽与连接装置之间形成另一电容器，并且在开关设备优选接地的外壳与连接装置之间形成第二电容器。该设置通过增加开关的开路触点之间的固有电容器，大大增加了电开关设备的介电强度，从而当开关设备处于开路位置时，减少了击穿和放电的危险。由于不需要大体积电容器来提高介电强度，因此这种开关设备可以设计精简并且总体尺寸减小，尤其是外壳直径减小。这意味着开关设备要求较少的空间，这是特别有利的。此外，由于屏蔽的成本与常规电容器相比较小，因此这种开关设备也比传统的要便宜。屏蔽的大表面还用作辐射面，这增加了开关设备的散热能力，这对于温度上升测试也是有利的。
如果第二屏蔽至少部分包围连接装置，从而在第二屏蔽与连接装置之间形成另一电容器，那么开关设备的介电强度进一步增加。另一电容器与屏蔽电容器和开关的固有电容并行，并且因此进一步直接增加开关的电容。实际上，根据下面所述的示例，与本发明非常有关的是，第二屏蔽(11)至少部分地包围连接装置(4)，从而在第二屏蔽(11)与连接装置(4)之间形成另一电容器(C1”’)，因为这增加了电容器C1(为C1’+C1”+C1”’)，并且降低了电容器C2，从而改善了两个开关单元之间的电压分布，同时电压比为C1/(C2+2C1)，从而其值趋于1/2。
当连接装置至少部分地是用于驱动移动触点的驱动单元时，可以实现特别紧凑的设计。这允许小直径的非常紧凑的设计。该连接装置也可以至少部分地被第一屏蔽包围，在优选实施例中第一屏蔽可以从第一开关的第一触点延伸到第二开关的第一触点。
如果第二与第一电容器的电容之比小于0.5，优选地低于0.1，尤其是低于0.05，那么可以由两个开关基本平等地分担要切换的总电压。
附图说明
下面参照以示例性、非限制的方式示出的图1到图3，描述本发明。其中，
图1是根据本发明实施例的电开关设备的示意图，
图2是根据本发明形成的电容器的示意图，以及
图3是该电开关设备的电路图。
具体实施方式
图1示出本发明的电开关设备1，例如，电路断路器，它包括外壳5，其中设置有两个开关2、3。两个开关2、3通过连接装置4串联在端T1(例如，高电势)和T2(例如，地)之间。为了执行开关操作(打开或闭合)，两个开关2、3中的移动触点6(图1中双箭头所示)通过驱动单元同时移动，该驱动单元也用作用于机械和电连接两个开关2、3的连接装置4。驱动单元4设置在开关2、3之间，并且可以包括多个杠杆和驱动杆8，用于将驱动单元4机械地连接到驱动机构9(在该示例中位于外壳5的外部)，如图1所示。驱动单元4可以通过适当的驱动机构9驱动，象例如公知的弹簧机构、液压机构或电机驱动。驱动杆8本身可以是绝缘材料。驱动单元4机械地连接到每个开关2、3的移动触点6，从而驱动移动触点6。每个开关2、3的第二触点7或者是固定的，或者也可以是可移动的，以形成双动作电路断路器。但是基本上，也可以采用任何其他适合的驱动单元或者一个或多个驱动单元的任何其他设置，例如，可以两个触点都是可移动触点，以及/或者每个开关具有它自己的驱动单元。
为了允许开关设备1的端T1与T2之间的电连接，第一开关2的第二触点7连接到端T1，例如，高电压端。在闭合位置，开关2、3的第一触点6和第二触点7接触，并且第一开关2的第一触点6电连接到连接装置4(在该示例中是驱动单元)，后者进而电连接到第二开关3的第一触点6，并且通过第二开关3的第二触点7还连接到端T2(例如，接地端)。在开关2、3的打开位置中，触点6、7被隔开，并且电连接被中断。
开关2、3必须具有足够的介电强度(即，承受开关设备1的最大标称电压而不被电击穿的能力)，以便防止在打开位置两个触点6、7之间的电弧。为了增加开关2、3的介电强度或者允许开关设备1的更紧凑设计，外壳5中也可以填充绝缘气体，例如SF6。在常规电路断路器中，电容器常常并联到开关的触点，众所周知，这进一步增加了开关的介电强度。
由于开关2和3是对称设置的，下面仅参照开关设备1的开关2、3中的一个描述。
第一触点6部分地被第一屏蔽10包围。第一屏蔽10由导电材料制成，并且电连接到第一触点6，从而也连接到连接装置4(在该示例中是驱动单元)。因此，第一屏蔽10具有与第一触点6相同的电势。导电的第二屏蔽11被设置在外壳5中，使得它电连接到第二触点7，从而具有与第二触点7相同的电势，并且使得它至少部分地包围第一触点6和第一屏蔽10。第二屏蔽11还可以至少部分地包围连接装置4(这里是驱动单元)，如图1所示。但是也可能第一屏蔽10本身部分地包围连接装置4，例如，通过仅仅提供一个屏蔽10，该屏蔽10从第一开关2的第一触点6延伸到第二开关3的第一触点6。在这种情况下，两个开关2、3之间的电连接至少部分地由屏蔽10形成。
由于屏蔽10、11的配置，如图2示意性示出的那样形成额外电容器。在第一(在该示例中是移动的)触点6和第二(在该示例中是固定的)触点7之间，在两个打开的触点6、7之间形成固有电容器C1’。在第一屏蔽10与第二屏蔽11之间形成屏蔽电容器C1”。并且在第二屏蔽11与连接装置4(例如，驱动单元)之间形成电容器C1”’。由于这三个电容器并联，因此各电容器可以合并为第一电容器C1＝C1’+C1”+C1”’。因此，开关的固有电容增加，从而开路的开关2的介电强度也增加。屏蔽10、11越长，电容器C1”的电容就越大。第二屏蔽11在连接装置4上延伸得越多，电容器C1”’的电容也就越大。由于期望开关设备1的紧凑设计，因此最好将第一和第二屏蔽10、11设置得尽可能近，而最小距离基本上是由开关设备1的最大电压以及外壳5内用作电容器C1和C2的绝缘体的介质(例如SF6)限定的。
此外，在接地的外壳5与具有与开关2、3的第一触点6相同电势的连接装置4(例如驱动单元)之间形成第二电容器C2。电容器C2的电容越小，第二屏蔽11在连接装置4上延伸得越多，连接装置4就越短。
可以从图3所示的电开关设备1的等效电路图中容易地得出两个开关2、3之间最终的电势。图3中没有示出闭合的开关。采用基本的物理关系，可以求出中间电压UM(即，第一触点6与端T2之间的电压)为UM＝C1/(C2+2C1)·U，其中U是端T1与T2之间的电压。从该等式可以得出，如果C1＞＞C2，则中间电压UM大约是U/2。因此，可以得出，通过使电容器C1的电容尽可能大并且使电容器C2的电容尽可能小，要切换的总电压由两个串联的开关2、3基本平等地分担。
在示例中，可以选择开关2、3和屏蔽10、11的几何形状(如长度、距离)，使得第一电容器C1的电容为250pF，而第二电容器C2到接地外壳5的电容为20pF。这将使中间电压UM＝0.48·U，这意味着两个开关2、3将具有大致相同的开关电压。
一般来说，C2应当小于0.5·C1，最好小于0.1·C1，尤其是小于0.05·C1，以获得良好的电压分布。
从上面可以理解，最好使第二屏蔽11尽可能长，尤其是将屏蔽11还延伸在连接装置4上，因为这将增加C1”和C1”’(从而也增加C1)，并且将降低C2。

Claims (8)

1.一种电开关设备，具有设置在开关设备外壳(5)中且电串联的两个开关(2，3)，其中每个开关(2，3)包括第一和第二触点(6，7)，每个开关(2，3)的第一和第二触点(6，7)中的至少一个是移动触点(6)，两个开关(2，3)中的第一触点(6)通过连接装置(4)机械和电连接，开关(2，3)的第一触点至少部分地被第一屏蔽(10)包围，该开关的第二触点(7)至少部分地被第二屏蔽(11)包围，其特征在于，第二屏蔽(11)电连接到第二触点(7)，并且至少部分地包围电连接到第一触点(6)的第一屏蔽(10)，从而在第一和第二屏蔽(10，11)之间形成屏蔽电容器(C1”)，第二屏蔽(11)至少部分地包围所述连接装置(4)，从而在第二屏蔽(11)与连接装置(4)之间形成另一电容器(C1”’)，以及该开关设备(1)的外壳(5)与连接装置(4)之间形成第二电容器(C2)。
2.如权利要求1所述的电开关设备，其特征在于，所述连接装置(4)至少部分地由用于驱动移动触点(6)的驱动单元形成。
3.如权利要求1所述的电开关设备，其特征在于，所述开关设备(1)的外壳(5)接地。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电开关设备，其特征在于，所述连接装置(4)至少部分地由所述第一屏蔽(10)形成。
5.如权利要求4所述的电开关设备，其特征在于，所述第一屏蔽从第一开关(2)的第一触点(6)延伸到第二开关(3)的第一触点(6)。
6.如权利要求1所述的电开关设备，其特征在于，在两个打开的触点(6、7)之间形成固有电容器(C1’)，该固有电容器(C1’)与所述屏蔽电容器(C1)和另一电容器(C1”’)之和构成第一电容器(C1)，以及所述第二电容器(C2)的电容与该第一电容器(C1)的电容之比小于0.5。
7.如权利要求6所述的电开关设备，其特征在于，所述第二电容器(C2)的电容与第一电容器(C1)的电容之比小于0.1。
8.如权利要求6所述的电开关设备，其特征在于，所述第二电容器(C2)的电容与第一电容器(C1)的电容之比小于0.05。
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