CN101375360A - 用于交流发电机的紧凑型断路器切断开关 - Google Patents

用于交流发电机的紧凑型断路器切断开关 Download PDF

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Abstract

本发明的交流发电机断路器切断开关具有紧凑的结构。第一转换开关(12、14)的打开/闭合轴线、断路器第二开关(22、24)的打开/闭合轴线以及切断开关(32、34)的打开/闭合轴线使得在这些轴线中的两条轴线之间存在90°的角度。与同步器件(52、54、56、58)相关联的致动器器件(40)使得有可能确保通过共用的控制器件以时间错开的方式来操作每个开关。

Description

用于交流发电机的紧凑型断路器切断开关
技术领域
本发明涉及电气开关装置的领域，所述电气开关装置配备有用于从发电站中的交流发电机中获取能量的装置。本发明涉及对多个开关元件进行布置以使交流发电机的断路器具有更紧凑的结构。
更具体而言，本发明涉及一种被联接至断开装置的交流发电机断路器，在所述断路器中，触点在轴线上或者在相交的平面中产生多种相对移动。
背景技术
在发电站的出口处，例如对于每个交流发电机而言，一种安全的可选方案是设置断路器，从而使得有可能在变压器被连接至电力线之前将出现问题的电路隔离开来。该类型的开关装置在处于约15千伏(kV)至约36千伏(kV)的范围内的电压下因而实现使高持恒电流(具有几千安培的大小)通过的功能以及切断高故障电流(具有几十千安培的大小)的功能，同时使电路隔离开来。
就电路中的额定标称电流的大小而言，通过并联的两个开关分两个阶段进行断路，其中一个开关使额定持恒电流通过且另一开关切断短路电流，由此限定出“主电路”和“辅助电路”。尽管其原理原则上与其它断路器的原理相似，且特别地与高电压和极高电压混合断路器的原理相似，但会使交流发电机开关装置因此受到功率应力(power stress)的作用，这使得就各个元件的布置和致动而言不可能应用相同的设计。
用于这种交流发电机断路器的主电路的开关的触点要足够大(heavy)以便承受高额定电路而不会过热，且它们限定出相对较大的体积。断路器开关通常包括设置在所述体积内部且具有灭弧触点(arcing contact)的小尺寸室，所述灭弧触点被安装成相对于彼此移动且实际上仅承受了断路器的断路电流。
通常情况下，两个开关的触点沿相同的纵向方向进行延伸且与所述方向平行地进行平移移动；首先，主触点移动而分开并且在电流切换到灭弧触点之前行进足够的距离，所述灭弧触点随后打开且导致电流被切断。
通常情况下，交流发电机断路器还包括断开装置，所述断开装置没有断路动力：该断开装置仅在断路器被打开且因此电流不再通过电路时才打开。例如在文献EP 0 877 405中描述了这种发电站断开装置断路器。
然而，交流发电机断路器的形状实现起来是很复杂的，这特别地是由于各个开关元件的尺寸设定存在限制且由于存在必须严格遵守所述开关元件的致动方式的限制。此外，所产生的结构具有较大的尺寸。
发明内容
本发明的一个目的在于使交流发电机断路器更为紧凑，同时使所述交流发电机断路器能够保有相同的性质。
特别是，在本发明的其中一个方面中，本发明提供了一种交流发电机断开装置断路器，所述交流发电机断开装置断路器包括转换开关如断路器并且包括切断开关，所述转换开关如断路器与断路器开关如真空室并联，所述切断开关有利地与所述转换开关串联；所述开关中的每个开关具有一对触点，所述一对触点被安装成沿相应的轴线相对于彼此进行移动或通过围绕枢轴枢转而相对于彼此进行移动，所述移动例如是通过被联接至致动器器件的致动器杆实现的。所述断路器进一步包括同步器件，所述同步器件使得在进行断路时所述触点可能以下面的顺序相继分开：所述转换开关的触点、随后是所述断路器开关的触点、且随后是所述断开装置的触点；所述同步器件优选还使得所述触点可能以相反的顺序被重新闭合。相同的控制器件优选包括所述同步器件且使得可能通过共用的控制器件来实施元件中的每个元件。
在本发明中，为了使断路器变得紧凑，所述开关的轴线并不彼此平行。特别地，在优选实施例中，三个开关中的每个开关的触点沿相应的轴线相对平移地移动，所述轴线中的两条轴线是相交的，且所述断路器开关优选被设置成相对于所述转换开关且相对于所述切断开关成直角。在另一优选实施例中，第一开关和第二开关具有沿相交的轴线进行平移移动的触点，所述断开装置的所述触点可能在由它们限定出的平面中移动或者例如在正交平面中移动。
在另一方面中，所述切断开关完全或部分地与绝缘体相关联，以便增加插入与所述断路器开关串联的电弧的功能。在该情况下，在打开次序期间可出现附加的阶段，且在完全实现断路之前在所述断开装置处触发了电弧：所述同步器件被调整以使得首先主触点被分开，随后所述断开装置被略微打开以使得电弧在所述真空室被打开时被触发，所述触发是立即发生的。所述断开装置随后被完全打开：所述绝缘体是存在的以便保护其它部件不受电弧作用。
附图说明
通过阅读下面的描述并结合附图将更好地理解本发明的特性和优点，所述描述和附图以非限制性阐述和图示的方式来给出，且其中：
图1示意性地示出了本发明的断开装置断路器的断路原理；
图2示出了本发明的断路器的一个优选实施例；
图3A至图3F示出了用于本发明的交流发电机断路器的另一实施例的断路次序；和
图4示出了图2所示实施例的另一可选方式。
具体实施方式
图1示意性地示出了断路器，且特别是本发明的交流发电机断路器，的运行原理，所述断路器具有主电路和辅助电路，当所述主电路在运行中时，接近额定电流I的电流I0在所述主电路中流动，所述辅助电路被用来断开短路。
对于交流发电机断路器而言，要使具有大于几千安培的额定大小的电流I进行流动需要在主电路上使用具有导电性特别好的触点的开关10，所述导电性特别好的触点例如由铜制成；然而，由于电弧的触发而使得那些触点的断路功率是有限的。断路器第二开关20被置成与第一开关10并联以便完全(proper)实现断路功能，第一开关10的打开实际上导致电流I从主电路切换至辅助电路，所述第二开关20的触点在使额定电流I通过方面的性能是有限的，但其具有高断路功率，所述第二开关的触点例如由钨制成。
因此，使持恒电流通过的功能与切断短路电流的功能是分开的：当需要进行这种断路时，首先第一开关10被启动，所有电流I则转向辅助电路且导致第二开关20被打开从而实现断路功能。此外，第三开关30随后被打开：该第三开关的功能主要是安全功能，该第三开关被联结在辅助电路上从而使得可能避免第二开关20介电强度的降低，这种介电强度的降低可能偶尔允许电流进入相关支路内。
为了使这种断路器重新闭合，则应用相反的顺序：首先使断开装置30重新闭合，随后使断路器开关20重新闭合，且最后使第一开关10重新闭合。
开关10、20、30中的每个开关都具有一对触点，所述一对触点被安装成相对于彼此移动；有利地，每对触点中的第一触点12、22、32是固定的，且第二触点14、24、34是活动触点，所述活动触点被安装成相对于第一触点进行移动。在图2所示的第一实施例中，活动触点中的每个活动触点沿相应的轴线AA、BB、CC进行平移移动。
特别地，第一开关10可以是气体型开关；如果额定电流很高，则该第一开关本身还可以是包括被置成彼此并联的两个开关的开关装置。然而，如图所示，第一开关10优选是具有管状第一触点12的空气绝缘开关，同样呈管状的第二触点14可被插入所述管状第一触点内。可通过任何已公知的器件对所述第一开关10进行致动，特别地通过使被联接至活动触点14的致动器杆42被启动的控制器件40对所述第一开关进行致动，所述活动触点被安装成进行平移移动。
第二开关20可以是包含六氟化硫(SF6)型气体的气体绝缘断路器；优选地，由于通过该第二开关的电流I-I0在正常运行条件下是较低的，因此所述第二开关是真空室：这使得可能避免利用这种并未满足所有生态标准的SF6，并降低了成本。通过被安装成沿轴线BB移动的致动器杆44而使第二开关20的活动触点24移动。
最后，在一个实施例中，第三开关30可具有固定触点32，条杆型的另一活动触点34可沿打开/闭合轴线CC被插入所述固定触点内。条杆34可借助于杆46进行平移移动。
相同的控制器件40优选使得可能移动第一、第二和第三活动触点14、24、34。为此目的，控制器件40被功能性地连接至致动器42、44、46中的每个致动器，且包括同步器件50，所述同步器件使得开关10、20、30的相对打开可能被延迟。
在本发明中，尽管本实施例中的每个致动器杆42、44、46进行平移移动且被紧固到相同的控制器件40上，但三条打开/闭合轴线AA、BB、CC不必须是平行的，它们中的至少一条轴线例如与第一轴线AA相交。为了实现紧凑性的原因，优选将至少一条轴线BB设置成相对于第一轴线AA成约90°的角度。尽管该构型需要成对触点12、14；22、24；32、34具有不同的布置且需要用于移动所述触点的器件42、44、46具有不同的布置，但看起来选择这种由于同步复杂性的原因而在原理上不被考虑的构型其实是可行的。
例如，同步器件50可因此包括位于第一开关10的致动器杆42中的沟槽，所述沟槽大体上沿杆的轴线AA呈纵向但具有倾斜部分，该沟槽与和第二致动器杆44成一体的凸缘54型元件相关联，从而使得在第一阶段中，在第一活动触点14移动的同时，凸缘54的位置也产生移动从而使第二活动触点24移动远离第二固定触点22。
尽管使转换开关10的轴线AA与断开装置30的轴线CC平行可能是有利的，如图2所示，但其它选择方案也是可能的，正如下面所述。同步器件50可具有与用来相对于断路器开关20的打开而延迟断开装置30的打开的前述延迟系统52、54相似的系统；然而，同步器件50优选被直接联结在第一开关10与第三开关30之间。例如，同步器件50包括杠杆臂56，所述杠杆臂在端部部分处被联接至第三活动触点34且所述杠杆臂的枢轴轴线与位于第三开关30的致动器杆46中的沟槽58相关联：第一开关10的致动器杆42与第三开关30的致动器杆46借助于致动器器件40而共同移动，但在杠杆56进行枢转之前的等待时间使得第三触点34的移动被延迟。
自然，还可设想到其它致动和同步的解决方案。
特别地，如图3所示，切断开关30＇可根据另一种“闸刀开关”型原理来运行。在如图所示的交流发电机断路器中，主开关10＇具有两个触点12＇、14＇，所述两个触点被安装成相对于彼此进行平移移动，且所述两个触点被设置在套壳例如直径为200毫米(mm)的管道中；在图3A所示的运行位置处，交流发电机电流I0流动通过该主电路(参见箭头)。
当需要进行断路时，两个触点12＇、14＇移动而分开：借助于杆42＇实现致动。在图3B所示的第一阶段中，电流I继续沿其主路径流动，但在介于开关10＇的两个触点12＇与14＇之间的距离上触发了电弧；随后完成了主电路上的断路(图3C)，且电流仅流动通过辅助电路，延迟器件50＇使得断路器开关20的触点22＇、24＇的打开被延迟。例如，主电路上的介电距离使得可能承受瞬时的再触发电压，即，致动器杆42＇在真空室20＇打开之前移动达该致动器杆的总冲程的约一半的距离。
为了切断短路电流，断路室20＇的两个相对移动的触点22＇、24＇沿与第一开关10＇的平移轴线正交的轴线相对于彼此进行平移移动：图3D。借助于致动器杆44＇使两个触点22＇、24＇相对于彼此移动，所述致动器杆44＇与杆42＇正交并且通过延迟器件50＇，例如通过在第一致动器杆42＇中的沟槽52＇中移动的凸缘54＇，被紧固到所述杆42＇上。当触点22＇、24＇移动而分开时，触发了电弧，且随后非常迅速地完成了断路：图3E。
在这些阶段中，且借助于延迟器件50＇，切断开关30＇并未被致动。断开装置30＇的固定触点32＇被紧固到第一开关的固定触点12＇上；断开装置30＇的第二触点34＇被安装成通过围绕轴线36＇进行枢转而相对于该固定触点进行移动。用于对所述开关30＇的触点32＇、34＇进行致动的致动器器件46＇被紧固到第一杆42＇上；此外，在枢轴36＇处，活动触点34＇设有以沟槽的形式存在的延迟器件56＇，所述沟槽与致动杆46＇上的凸缘互补，但所述沟槽使得凸缘能够在杆46＇驱动触点34＇围绕其轴线36＇进行旋转之前相对于所述沟槽进行移动；最后，如图3F所示，完成了切断。
自然地，其它致动装置也是有可能的：例如，断开装置30＇还可在“水平”平面中移动，即在所述上下文中，所述断开装置通过围绕与另两个开关10＇、20＇的触点的平移轴线中的一条平移轴线平行的轴线36＇枢转而进行移动。
在一种变型中，可能将断开装置30定位在绝缘体38中或定位在遮蔽物中，如图4所示而用于断路器的第一实施例。绝缘体38可以是固定的，或可被紧固到断开装置30的杆34上；这使得实际上可能借助于断开装置30而插入与真空室20串联的电弧且可能借助于所述断开装置防止所述电弧性能劣化接地(degenerate to ground)。该另一可选方式对于具有非常长的起弧时间的断路(正如应用于延迟零电流切断的情况那样)而言是特别有利的且该另一可选方式改进了切断性能。该可选方式因而优选用于在真空室20打开时被略微打开的断开装置30，且一旦主触点10被分开，则在所述断开装置处触发了电弧。在该情况下，真空室20承受了更少的应力，原因在于绝缘体34使得可能保护所述真空室且保护断路器的其它部分不受电弧作用。

Claims (13)

1.一种交流发电机断开装置断路器，所述交流发电机断开装置断路器包括：
-第一开关(10)，所述第一开关具有第一对触点(12、14)，所述第一对触点被安装成沿第一轴线(AA)相对于彼此进行平移移动；
-断路器第二开关(20)，所述断路器第二开关具有第二对触点(22、24)，所述第二对触点被安装成沿第二轴线(BB)相对于彼此进行平移移动，所述第二开关(20)被设置成与所述第一开关(10)并联；
-断开装置第三开关(30)，所述断开装置第三开关具有第三对触点(32、34)，所述第三对触点被安装成沿第三轴线(CC)相对于彼此进行平移移动；和
-同步器件(50)，所述同步器件使得在进行断路时所述第一开关(10)的所述触点有可能在所述第二开关(20)的所述触点分开之前被分开，所述第二开关的所述触点本身在所述第三触点(32、34)完全分开之前被分开；
所述断路器的特征在于，所述第二轴线或所述第三轴线中的至少一条轴线与所述第一轴线(AA)相交。
2.根据权利要求1所述的断路器，其中所述第三轴线(CC)与所述第一轴线(AA)大体上平行。
3.一种交流发电机断开装置断路器，所述交流发电机断开装置断路器包括：
-第一开关(10′)，所述第一开关具有第一对触点(12′、14′)，所述第一对触点被安装成沿第一轴线(AA)相对于彼此进行平移移动；
-断路器第二开关(20′)，所述断路器第二开关具有第二对触点(22′、24′)，所述第二对触点被安装成沿第二轴线(BB)相对于彼此进行平移移动，所述第二开关(20′)被设置成与所述第一开关(10′)并联；
-断开装置第三开关(30′)，所述断开装置第三开关具有第三对触点(32′、34′)，所述第三对触点被安装成相对于彼此进行移动；和
-同步器件(50′)，所述同步器件使得在进行断路时所述第一开关(10′)的所述触点有可能在所述第二开关(20′)的所述触点分开之前被分开，所述第二开关的所述触点本身在所述第三触点(32′、34′)完全分开之前被分开；
所述断路器的特征在于，所述第二轴线(BB)与所述第一轴线(AA)相交。
4.根据权利要求3所述的断路器，其中所述第三对触点(32′、34′)被安装成通过围绕轴线(36′)枢转而相对于彼此移动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的断路器，其中所述第三开关(30、30′)与所述第二开关(20、20′)串联，且共同地，它们与所述第一开关(10、10′)并联。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的断路器，其中所述第二轴线(BB)相对于所述第一轴线(AA)形成了大体上等于90°的角度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的断路器，其中每对触点与致动器杆(42、44、46)相关联，所述致动器杆被安装成在控制器件(40)的作用下进行移动。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的断路器，进一步包括控制器件(40)，所述控制器件包括所述同步器件(50)以便延迟成对触点的分开，所述控制器件(40)对于所有三个开关(10、20、30)而言是共用的控制器件。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的断路器，其中所述同步器件(50)适于使所述触点以下面的顺序分开：所述第一开关(10)的所述触点、随后是所述第二开关(20)的所述触点、且随后是所述第三开关(30)的所述触点。
10.根据权利要9所述的断路器，其中所述同步器件(50)适于使所述开关(10、20、30)的所述触点以与它们分开的顺序相反的顺序相继重新闭合。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的断路器，其中所述第二开关(20、20′)是真空室。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的断路器，其中所述第二开关(20、20′)是真空室，且所述第三开关(30)包括绝缘体或遮蔽物(38)以便插入与所述真空室(20)串联的电弧。
13.根据权利要求12所述的断路器，其中所述同步器件(50)使得所述第一开关(10)的所述触点有可能在所述第三开关(30)的所述触点部分分开之前被分开以便导致与所述第二开关(20)的所述触点的分开几乎同时地触发电弧，所述同步器件随后使得所述第三触点(32、34)有可能完全分开。
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