CN101097808B - 用于交流发电机的电路保护器圆柱凸轮的致动 - Google Patents

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Abstract

本发明的交流发电机断路器的电路保护器包括用于优化打开/闭合换向第一开关(10)顺序的圆柱凸轮(40)，电路保护器第二开关(20)，以及断路器第三开关(30)。所述的凸轮(30)具有圆柱形壁，在所述的壁内限定了不同形状的三个槽，优选地为三对槽；驱动开关触头中单独一个的元件的端元件被安装，以在每一个槽内滑动。

Description

用于交流发电机的电路保护器圆柱凸轮的致动
技术领域
本发明涉及装备用于从发电厂交流发电机传递能量的装置的电气设备领域。本发明涉及致动各种开关元件，使得所述交流发电机的电路保护器具有简单的结构。
更特别地，本发明涉及一种与断路器连接的交流发电机电路保护器，在所述的电路保护器中，触头的各种相对运动是由圆柱凸轮产生，所述圆柱凸轮可以优化所述触头分离的同步和速度，还可以保持所述电路保护器的紧密性。
背景技术
在发电厂的出口处，例如，对于每一个交流发电机，一个安全选择方案是在连接到电力线的变压器之前配置电路保护器，所述的电路保护器可以隔离出现问题的电路。然后，在近似15千伏(KV)到近似36KV范围内，那种类型的开关设备实现了通过很高的恒定电流(几千安培的数量级)以及断开很高的故障电流(几万安培的数量级)的功能，同时隔离了电路。
鉴于电路中额定标称电流的数值，利用并联的两个开关在两个阶段中实现电路断开，一个开关通过额定的恒定电流，另一个开关断开短路电流，由此限定了“主电路”和“辅助电路”。
用于上述交流发电机电路保护器的主电路开关触头足够大，以耐很高的额定电流，而不会过热，且它们限定了相当大的容积。电路保护器开关一般地包括设置在所述的容积内、且具有电弧放电触头的小尺寸室，所述的电弧放电触头被安装，以彼此相对运动，且事实上仅仅耐电路保护器的电路断开电流。
通常，首先电流转接到电弧放电触头之前，主触头分开运动，且充分地移动，然后打开，使电流被断开。
对于交流发电机电路保护器，通常与断路器连接，所述的电路保护器不具有电路断开能力：仅仅在打开电路保护器时、以及因而电流不再通过电路时，断路器打开。公知地，上述断路器能够被并入例如在文件EP 0 877 405中所描述的发电厂电路保护器中。
上述断路器电路保护器的各种断开元件必须按照上面提到的次序被致动，同时优化分离速度。不幸的是，鉴于整个尺寸和重量，不是所有的解决方法都是可行的。
特别地，在现有技术中，致动通常(EP 0 877 405)由设置有弹簧的杠杆产生，因而提出了在其中使弹簧形成所需尺寸，以及上述所有的疲劳和最终变坏的问题。
另一个选择方案涉及提供联动导引系统的方法(文件EP 0 878817)，然而，该方案设计很难，且体积很大。
发明内容
本发明的目的是利用新型的公用控制致动系统使交流发电机保护器更加紧凑和更加易于加工。
更具体地，在一个方面，本发明提供一种交流发电机断路器的电路保护器，其包括与电路保护器开关并联的换向开关，例如，真空室；每一个开关具有一对由致动装置来致动的触头，所述触头被安装成沿着各自的轴线彼此相对运动。电路保护器进一步地包括有益地与电路保护器开关串联的断路器开关，所述断路器开关包括一对由致动装置所致动的触头，所述触头被安装成彼此相对运动，有益地为平移。
优选地，触头沿着运动的三个轴线重合。通常，仅仅每一对触头中的一个触头是动触头，另外一个触头是定触头。
为了在触头之间留下一定的距离，致动一个或者多个开关的致动装置可以通过连杆与相应的触头连接。
电路保护器进一步地包括同步装置，当其断开时，同步装置可以按照下述的次序依次地分离触头：换向开关的触头，然后是电路保护器开关的触头，然后是断路器的触头；同步装置还可以按照相反的次序再次闭合触头。在打开操作末期可以为电路保护器开关将被闭合做准备，特别是，如果电路保护器开关是真空室。有益地，同步装置可与致动装置连接，并且，可通过公用控制装置完成每一个切换工作。
根据本发明，为了使电路保护器紧凑以及为了使控制简单，至少第一和第二开关的致动和同步装置包括圆柱凸轮，即设置有槽的圆柱体，所述的槽与可以致动触头的滑块元件相互配合工作。优选地，圆柱体还致动断路器。通过适当的系统，例如，传送链或者由杠杆致动的联动装置，圆柱体被进行旋转运动。
每个致动和同步槽具有螺旋部分，所述螺旋部分的弯曲方向取决于所讨论的触头的平移方向，其斜率取决于触头的相互分离速度。为了产生打开开关触头之间的等待时间，槽螺旋部分通过存在零斜率部分(即：正交于轴线围绕圆柱体延伸的部分)或者浅斜率部分彼此相对偏置。
通过多个分布在触头边缘的滑块元件，例如：两个完全相反的元件来致动至少一个开关或者优选地所有开关的动触头是有益的；所述滑块元件可通过杆与触头连接，每个杆具有固定到触头的一端和承载滑块元件的另一端。每个滑块元件和圆柱体内相应的槽相互配合工作，可以致动单个触头的槽具有相似的形状，但是被绕着圆柱体的周边偏置。如果滑块和触头之间存在杆，对于多个用于致动相同触头的致动杆，通过例如条等保持它们在正确几何位置的零件被连接到一起是优选的。
在优选的实施例中，通过存在与设置在电路保护器壳体内的直线凹槽相互配合工作的轴颈，以平移方式导引致动装置。特别地，滑块元件通过所述轴颈垂直于运动轴线延伸。
附图说明
参考附图，在阅读下述描述后，将更好地理解通过非限制性实例表示的本发明的特征和优点，其中：
图1示意性显示了本发明的断路器电路保护器的电路断开原理。
图2A和2B显示了本发明的电路保护器在完全打开位置和完全闭合位置的优选实施例。
图3A和3B图示地显示了作为本发明的致动装置和同步装置的一部分的两个元件。
具体实施方式
图1中图示地显示了本发明的电路保护器，特别是交流发电机电路保护器1的工作原理，包括工作时在电路中流动接近额定电流I的电流I0的主电路和被用来断开短路的辅助电路。
对于交流发电机电路保护器，要通过大于几千安培的额定量电流I，要求在主电路上使用其触头特别导电的开关10，例如，触头由铜制成；然而，由于产生电弧，限制了那些触头的断开能力。为了正常地实现电路断开功能，电路保护器第二开关20与第一开关10并联连接。事实上，打开第一开关10使电流I从主电路转接到辅助电路；例如由钨制成的所述第二开关20的触头在通过额定电流I方面具有受限的性能，但是具有很强的断开能力。
因而，通过恒定电流的功能和断开短路电流的功能被分开：当上述的电路断开是必须的时候，首先致动第一开关10，然后所有的电流I转向辅助电路，并使第二开关20被打开，以便获得电路断开的功能。此外，然后第三开关30被打开：其功能主要是安全功能，其与辅助电路结合可以避免第二开关20绝缘强度的减小，绝缘强度减小可能会偶然地允许电流进入相连的支路。
为了再次闭合上述的电路保护器，应用相反的次序：首先再次闭合断路器30，然后再次闭合电路保护器开关20，最后再次闭合第一开关10。
开关10，20，30中每一个开关具有一对触头，所述触头被安装以彼此相对运动；有益地，每对触头的第一触头12，22，32是固定的，第二触头14，24，34是被安装以相对于第一触头运动的动触头。
特别地，第一开关10可以是气体类型，如果额定电流很高，第一开关10本身还可以是包括互相并联连接的两个开关的开关装置。然而，优选地，如图2所示，第一开关10是具有固定的第一触头12的空气绝缘开关，所述的第一触头12是围绕轴线AA的管形，且同样是管形的第二触头14能够被插入所述第一触头12内。
第二开关20能够是容纳例如六氟化硫(SF6)等气体的空气绝缘电路保护器；优选地，因为在正常的工作状态下，流过第二开关20的电流I-I0很小，第二开关20是真空室：这可以避免使用SF6，由此，改善了生态性能和减低了成本。
最后，第三开关30可具有固定触头32，另一个棒型的动触头可沿着打开/闭合轴线AA被插入固定触头32内。
优选地，第一和第二开关具有公用轴线，上述的电路公用轴线对电流从主电路转接到第二级电路是有利的；两个开关的触头因而沿着相同的纵向轴线延伸，且平行于所述轴线AA平移。在优选的实施例中，第三开关30的触头也平移，且触头14，24和34沿着运动的三个轴线重合。
断路器电路保护器1的极点工作(pole operation)是这样的，即：每个开关10，20，30的触头优选地由通过一同步组活动零件连接到所述极点的公用控制器来驱动，所述的活动零件可以保证工作顺序按照正确的次序发生。
根据本发明，每一个动触头14，24，34利用安装在电路保护器1的壳体5内的旋转凸轮系统通过致动和同步装置来致动。这个解决办法可以确定易于小型化的同轴结构中每一个开关10，20，30的运动，所述的方法容易设计，且很耐用；凸轮系统40安装在现有的电路保护器1内部，而不减少其紧密性。
特别地，致动和同步装置包括圆柱体40，所述圆柱体40优选地围绕电路保护器1的触头14，24，34的平移运动的轴线AA圆对称。
圆柱体40的壁上加工有槽42，至少一个槽被设置用于每个待致动的触头：第一槽421用来致动打开和/或闭合主第一开关10，第二槽422用来致动打开和/或闭合次级第二开关20，且第三槽423用来致动断路器开关30。槽42的形状可以使运动同步以及确定平移运动的相对速度。
每个开关通过元件44来致动，元件44适于在圆柱体40的相应槽42内滑动且被牢固地固定到触头上；如果触头远离圆柱体40，滑块元件44可在一端处被连接到连杆46，所述连杆46通过其另一端牢固地固定到触头上。出于清楚的目的，图3A中显示了这个实施例，但是需要理解的是，在大多数情形中以及出于紧密性的原因，可没有连杆46，且滑块元件44是待运动触头的一体部分。
因而，当圆柱体40旋转运动(箭头R)时，由于槽42的形状，滑块元件44在槽42内运动，且触头例如通过杆46被以平移方式(箭头T)推动。
优选地，触头，滑块元件44和/或连杆46被安装在致动和同步旋转圆柱体40内部：鉴于圆柱体40的较大直径，每个槽42的形状因而能够更加精确，这也更加坚固耐用。
为了避免触头上的任何扭转力，特别是来源于杆46的干扰旋转，滑块元件44本身优选被以平移方式导引，或者连杆46被纵向地导引。有益地，通过轴颈48和例如位于电路保护器1的壳体5内的凹槽50之间的相互配合作用实现导向，所述的轴颈48与滑块元件44和/或与杆46构成整体，所述的凹槽50平行于触头的平移运动轴线AA。特别地，被安装成在圆柱体40的槽42内滑动的滑块元件44能够通过被安装成在壳体5的凹槽50中滑动的轴颈48朝外延伸。
成形致动和同步槽，以便控制开关10，20，30中每一个开关运动之间的速度和同步特性。
因而，例如，在显示的优选实例中，圆柱体40被安装在按照相反方向运动的第一和第二触头14，24之间，断路器30类似于第一开关10运动。图3B显示了槽42在圆柱体40的“展开”形态下的一种结构。
圆柱体40的第一槽421包括在第一方向为螺旋形的始端部分421i：圆柱体40一旦被沿R驱动，第一开关10的第一触头14被推动去做用于分离目的的平移运动，以便尽可能快地断开电流。第一槽421的斜率取决于根据由圆柱体控制装置52给予圆柱体40的旋转速度R所得到的相对速度T。
一旦打开第一开关10的触头，致动它们不再是必需的，有益地，第一槽421包括直线的、且垂直于轴线AA的末端部分421f。还可以通过改变斜率为较慢的平移运动做准备，或者为相反的运动做准备。
第二槽422具有始端部分422i，所述始端部分422i沿着壁的圆周几乎不倾斜，而是直线：在致动后的第一阶段期间，第二开关20不被切换；正相反，它保持闭合，以至于电流从主电路流向辅助电路。利用第二槽的始端部分422i的形状，在第一阶段，圆柱体旋转运动不会引起滑块元件44的任何平移运动和因而产生的第二触头24的任何平移运动。
一旦分离第一开关10的触头，打开次级开关20是必要的；在始端部分422i之后，第二槽422通过螺旋状中间部分422m延伸，螺旋状中间部分422m的斜率取决于开关20打开的相对速度。在显示的上下文中，第二槽422m的弯曲方向与第一槽始端部分421i的弯曲方向相反，两个触头14，24沿相反方向运动；这仅仅是通过图示提供的实例。第二槽始端部分422i的长度取决于第二开关20被致动之前的等待时间；优选地，由第二始端部分422i覆盖的区域小于由第一始端部分421i覆盖的区域，正好限定主开关10充分打开，以使得真空室20被打开，而没有产生电弧的危险。此外，鉴于使用真空室20时的尺寸，需要指出的是，槽中间部分422m的长度很小，触头22，24的间隔距离很小。
同样地，第三触头34的致动相对于第二触头24的运动是偏置的：第三槽423具有长于第二槽始端部分422i和所述第二槽中间部分422m的直线始端部分423i，事实上，直线始端部分423i被确定大于对应于最大电弧时间的距离；可替代地给予“慢”的平移运动当然是可以的。然后，在本实施例的第一槽422i的弯曲方向上设置第三槽423f的螺旋形弯曲，虽然断路器30和第一开关10可以反向工作，但是在所述的实施例中它们是“在相同方向上”工作。也在这个实例中，第二槽的末端部分422f是直线以及一旦实现打开时，触头22，24停止运动(至少一定的时间)是有益的。
通过选择每一个弯曲421l，422m，423f的斜率，可以调整触头分离的速度，而不需要修改圆柱体40的旋转速度；控制装置因而能够被简化，且圆柱凸轮能够通过任何适当的系统52被旋转运动，例如，通过安装在杠杆上的绝缘连杆或者通过一套传动链。
通过选择槽42的形状，需要指出的是，闭合顺序也被遵循。
可以使形状适应预定的顺序，以及例如在两个阶段提供打开，或者设计用于每一个槽421，422，423的多于两个或者三个的部分。特别地，如图3B所示，为了保护提供保护，一旦断开已经完成，可以再次闭合真空室20。为此，事实上，第二槽“末”端部分422f通过第二中间部分422m’延伸，所述的第二中间部分422m’的方向与中间部分422m的方向相反，这可以再次闭合真空室的触头22，24；还能够设置第二末端直线部分422f’。
此外，可选择凸轮驱动控制和同步以仅仅致动第一、第二开关10，20，例如，假如选择“闸刀开关”断路器30。
在有益的实施例中(图3A的特殊结构所示)，为了平衡触头上的力，在其上以完全相反的方式固定两个滑块元件44，44’，且它们在圆柱体40的相应槽内滑动：然后，圆柱体具有一对第一，一对第二和/或一对第三槽42，42’，所述槽对中的每一个槽是相同的，且相对于该槽对中的另一个槽偏置180°。在上述实例中，优选地，每一个滑块元件44，44’设置有与电路保护器1的壳体5相对的、用于在槽50，50’中导引的导引轴颈48，48’。
特别地，如果触头远离致动圆柱体40，每个滑块元件44，44’能够通过杆46，46’被连接到触头。有益地，设置有滑块元件44，44’的杆46，46’末端通过矩形条54在圆柱体40内连接到一起，所述的矩形条54使杆46，46’分离，且把杆46，46’固定就位以限制力。
需要理解的是，通过示例提出了带有两个滑块元件44，44’的实施例，例如，可以设计在触头边缘上多个均布或用其他方式排列的元件。
优选地，每一个开关或者仅仅某些开关中的每一个能够被设置有两个滑块元件。在有益的实施例中，仅仅开关中的一个，例如，真空室，由致动杆驱动，所述致动杆由所述的条可选地相互连接。
利用本发明的致动，可以相互无关地控制开关10，20，30的各种打开和闭合运动。此外，不同于弹簧，这个控制不会随时间减弱。凸轮驱动的致动器40也可以保持电路保护器1极点的紧密性，保持圆柱体40位于通常的电路保护器1内。如申请EP 0878 817所介绍，虽然可以特别地通过提供圆柱体40外部的致动杆46的方法，来使用具有交叉轴线的断路器电路保护器，但是电路因而能够仍旧具有公用轴线。

Claims (19)

1.一种交流发电机断路器的电路保护器(1)，其包括：
第一开关(10)，其具有被安装以沿着第一轴线(AA)彼此相对平移的第一对触头(12，14)；
电路保护器第二开关(20)，其具有被安装以沿着第二轴线彼此相对平移的第二对触头(22，24)，所述的第二开关(20)与所述的第一开关(10)并联连接；
断路器第三开关(30)，其具有被安装以彼此相对运动的第三对触头(32，34)；
致动装置(40，44，46)，其用于致动每个开关(10，20，30)的触头(14，24，34)；以及
同步装置(40，42)，其断开时，可以在所述第二开关(20)的触头分离之前，分离所述第一开关(10)的触头，所述第二开关的触头本身在所述第三触头(32，34)完全分离前分离；
所述电路保护器的特征在于：
所述第一和第二开关的致动装置以及同步装置被连接到一起，且包括被安装以绕轴线(AA)旋转运动的圆柱体(40)，在所述的圆柱体壁内，至少提供部分螺旋形的第一和第二槽(421，422)；
所述第一开关(10)的致动装置至少包括被安装以在第一槽(421)内滑动、且被牢固地固定到所述第一开关(10)触头(14)的第一滑块元件(44)；
所述第二开关(20)的致动装置包括至少一个被安装以在第二槽(422)内滑动、且被牢固地固定到所述第二开关(20)触头(24)的第二滑块元件(44)。
2.如权利要求1所述的电路保护器，其特征在于，平移运动的第一轴线，平移运动的第二轴线，和圆柱体(40)的旋转轴线重合。
3.如权利要求1或2所述的电路保护器，其特征在于，所述第三开关(30)与所述第二开关(20)串联，且得到的一组开关与所述第一开关(10)并联。
4.如权利要求1或2所述的电路保护器，其特征在于，所述第三开关(30)的触头(32，34)被安装成沿着第三轴线平移运动。
5.如权利要求4所述的电路保护器，其特征在于，所有的四个轴线(AA)重合。
6.如权利要求4所述的电路保护器，其特征在于，所述圆柱体(40)具有部分螺旋形的第三槽(423)，至少第三滑块元件(44)被固定到所述第三开关(30)的触头(34)，且在第三槽(423)中滑动，所述三个开关(10，20，30)的同步装置和致动装置被连接到一起。
7.如权利要求1或2所述的电路保护器，其特征在于，至少两个开关(10，20)的所述滑块元件(44)被安装在所述圆柱体(40)内。
8.如权利要求1或2所述的电路保护器，其特征在于，所述圆柱体(40)具有两个第一，两个第二，和/或两个第三槽(421)，所述槽(421)具有相同的形状，且围绕所述圆柱体(40)的轴线(AA)相对彼此偏置180°，且所述第一，第二和/或第三触头被牢固地固定到两个第一，两个第二和/或两个第三滑块元件(44，44’)上，所述滑块元件(44，44’)被安装成在两个第一，两个第二，和/或两个第三槽(421)中滑动。
9.如权利要求1或2所述的电路保护器，其特征在于，至少一个滑块元件(44)通过连杆(46)被固定到相应的触头上。
10.如权利要求8所述的电路保护器，其特征在于，所述两个滑块元件(44)通过连杆(46)被固定到至少一个触头上，且进一步地包括在圆柱体(40)内部与所述的两个连杆(46，46’)互相连接的连接条(54)。
11.如权利要求1或2所述的电路保护器，其特征在于，所述电路保护器进一步地包括保持装置(48，50)，所述保持装置(48，50)用于保持至少一个触头(14)与其运动轴线(AA)平行。
12.如权利要求11所述的电路保护器，其特征在于，所述保持装置由所述电路保护器(1)的壳体(5)内的导引凹槽(50)组成。
13.如权利要求1或2所述的电路保护器，其特征在于，每个所述槽的形状具有至少两个相对于圆柱体(40)的轴线(AA)斜率不同的部分。
14.如权利要求13所述的电路保护器，其特征在于，所述第二槽(422)的螺旋部分位于始端部分(422i)和末端部分(422f)之间，所述始端部分(422i)和末端部分(422f)斜率大于螺旋部分(422m)相对于所述轴线(AA)的斜率。
15.如权利要求1或2所述的电路保护器，其特征在于，所述第一和第二槽的螺旋部分的弯曲方向是相反的。
16.如权利要求6所述的电路保护器，其特征在于，所述第一和第三槽的螺旋部分的弯曲方向是相反的。
17.如权利要求1或2所述的电路保护器，其特征在于，所述电路保护器进一步地包括用于控制所述圆柱体(40)的控制装置(52)。
18.如权利要求17所述的电路保护器，其特征在于，所述控制装置(52)是传动链或传动杆。
19.如权利要求1或2所述的电路保护器，其特征在于，所述第二开关(20)是真空室。
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