CN101393815A - 高压功率开关的合闸电阻 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于高压功率开关的合闸电阻装置(18)，具有多个电阻元件(70)和多个冷却元件(60)，其中冷却元件(60)以相互串联的方式布置且以相互串联的方式电连接。在分别两个串联布置的冷却元件(60)之间布置电阻元件(70)，所述电阻元件将电冷却元件(60)相互电连接。

Description

高压功率开关的合闸电阻
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的合闸电阻器以及一种按照权利要求7所述的带有此类合闸电阻装置的高压功率开关。
现有技术
由WO 93/02461已公知一种带有合闸电阻装置(Einschaltwiderstandsanordnung)的高压功率开关。这种已知的高压功率开关具有充满绝缘气体的管状外壳，其中所述外壳处于地电势。在高压功率开关的两个端区域处在外壳上布置高压套管。在外壳内部在纵轴方向上在两个高压套管之间以彼此串行的方式安置和连接断路器单元以及合闸电阻装置。为了在高压功率开关合闸之后将合闸电阻装置的合闸电阻与电路分开，合闸电阻装置具有与合闸电阻并行的电流路径，所述电流路径在断路器单元闭合时或者闭合之后立即闭合。
已知的合闸电阻装置具有多个彼此串联的电阻元件，所述电阻元件布置于两个相互并行走向的绝缘材料棒上。通过电极建立在这些电阻元件之间的电连接，所述电极将两个绝缘材料棒上的基本相邻的电阻元件相互连接起来。由此实现，电流路径曲折经过电阻装置，从而将并行相邻机械布置的电阻元件相互电串联。
这种装置的缺点在于：由于所述合闸电阻装置的结构方式非常紧凑而可以很差地排出电阻元件的损耗热。这将引起问题：在第一次合闸过程以及随后分闸过程之后的一定时段期间不可以在该时段之内对已知的功率开关执行第二次合闸，因为这否则可能会引起合闸电阻装置过热。如果变换到较高的电网电压，则该问题将变得更为加剧，因为P＝U2/R(U：电压；R：电阻)适用于电流的功率P。
由FR 940 438公知了另一电阻装置。这种已知的电阻装置具有可变数量的电阻元件，由支撑管支撑这些电阻元件。在电阻元件之间布置金属盘，以便提高电阻元件的冷却。由US 2 870 307也公知类似的电阻装置。
由EP 0 041 470公知了另一种尤其适用于高压设备的堆叠式电阻装置。
发明内容
本发明的任务在于：提供比现有技术更好的合闸电阻装置以及具有此类合闸电阻装置的功率开关，其没有现有技术的缺点。尤其是应该提供即使在较高电网电压时允许多次开关的合闸电阻装置或者高压功率开关。
该任务通过权利要求1所述的合闸电阻装置以及权利要求7所述的高压功率开关加以解决。
根据本发明，合闸电阻装置具有多个冷却元件，所述冷却元件将合闸电阻装置的电阻元件的热量排出。由此实现，对由于高压功率开关的合闸过程而变热的电阻元件进行有效冷却，并且从而使其在另外的合闸过程中不过热。
多个电阻元件相互并行布置于两个冷却元件之间，并且通过冷却元件彼此电并联。这样就能实现合闸电阻装置的特别紧凑的结构方式。冷却元件一方面用来冷却邻近的电阻元件，另一方面将并行布置的电阻元件电连接。
根据按照权利要求2所述的优选实施形式，冷却元件以平面的方式来构造，并且超出电阻元件与冷却元件热连接的接触区域，超出该电阻元件。通过该接触区域确保，热量可以从电阻元件流到冷却元件上。通过以平面方式构造冷却元件来实现比冷却元件总体积大的表面积，由此能够从电阻元件经由冷却元件有效地发出热量。
根据按照权利要求3所述的优选实施形式，冷却元件具有基本圆形的、在外部边缘区域之内平坦的形状，其中所述边缘区域从中间区域的平面向外隆起。由此实现，由合闸电阻装置所引起的电场尽可能均匀，从而能够实现具有本发明合闸电阻装置的紧凑的功率开关。此外还可对位于两个相邻冷却元件之间的电阻元件进行屏蔽。
根据按照权利要求5所述的优选实施形式，合闸电阻装置具有激活组。通过激活组的相互并行布置的杆以机械方式将冷却元件和电阻元件相互连接，其中所述杆分别在其两侧端区域由支撑板支撑。通过并行布置多个电阻元件，将电流功率分配到多个电阻元件上。
根据按照权利要求9所述的优选实施形式，断路器单元与合闸电阻装置分别布置在自身的外壳部分内。由此实现特别紧凑的结构方式，因为可以使第一外壳部分的形状与断路器单元的形状相协调，且使第二外壳部分的形状与合闸电阻装置的形状相协调。
其它优选实施形式在其它从属权利要求中阐述。
附图说明
以下将根据优选实施形式对本发明进行详细解释。其中以纯示意性的方式：
图1示出本发明所述的高压功率开关，其包括其中布置有断路器单元的第一外壳部分以及其中布置有本发明合闸电阻装置的第二外壳部分，所述合闸电阻装置与断路器单元并联；
图2示出根据图1的本发明高压功率开关的电路图；
图3部分地示出根据图1的合闸电阻装置的剖视图(纵剖面)；
图4示出冷却器元件与本发明合闸电阻装置的五个电阻元件的视图；以及
图5示出冷却元件和两个电阻元件沿图4的V-V的横断面。
这些图中所用的附图标记及其含义均在附图标记列表中汇总列出。图中相同的或者作用相同的零件原则上均具有相同的或类似的附图标记。为了便于理解本发明，不重要的零件部分地没有绘出。所描述的实施例示范性地代表本发明主题且没有限制作用。
具体实施方式
图1所示为用于气体绝缘开关设备的金属封装型高压功率开关10。高压开关断路器的电路图如图2所示。例如，在气体绝缘开关设备中例如使用六氟化硫(SF6)作为绝缘气体。也可使用具有良好绝缘特性的其它气体来替代该气体。这种高压功率开关用于在高于400kV(千伏)、尤其是高于800kV的电网中切换电流。
不在气体绝缘开关设备中而也可以在混合开关设备中使用本发明高压功率开关10，其中在所述混合开关设备中，气体绝缘开关设备建造技术的元件与空气绝缘开关设备建筑技术的元件相组合。
高压功率开关10具有布置有断路器单元14的第一外壳部分12，并且与第一外壳部分12并行地具有其中布置有合闸电阻装置18的第二外壳部分16。第一外壳部分12以及第二外壳部分16均由金属、尤其是铝或钢制成，并且在气体绝缘开关设备工作时处于地电势。也可以使用多个(例如四个)相互串联的断路器单元来替代一个断路器单元14。
第一外壳部分12以及第二外壳部分16在两端分别具有能将第一外壳部分12耦合在第二外壳部分16上的连接端区域20、21、22、23。连接端区域20、21、22、23对此分别具有带凸缘的侧连接接管24、25、26、27。在连接端区域20、21、22、23之间以基本上管状的方式构造第一外壳部分12以及第二外壳部分16。在第一外壳部分12的基本管状的段内布置断路器单元14，其中基本上沿着由管状段所定义的第一外壳轴A1来布置该断路器单元。在第二外壳部分16的基本管状的段内布置有合闸电阻装置18，其中基本上沿着由管状段所定义的第二外壳轴A2来布置该合闸电阻装置。通过构成连接端区域22、23的两个连接元件22′、23′以及通过位于两个连接元件之间的管体28来构造第二外壳部分16。
在第一外壳部分12的连接端区域20上耦合已知的驱动单元30，利用该驱动单元来驱动断路器单元14以及开关32用于接通和断开合闸电阻装置18。开关32布置于第二外壳部分16的靠近驱动单元30的该连接端区域22之内。通过绝缘材料制成的且沿着第一外壳轴A1延伸的驱动杆34建立在驱动单元30和断路器单元14之间的机械连接。通过没有绘出的已知机械装置建立在驱动单元30和开关32之间的机械连接。
第一外壳部分12的两个连接端区域20、21分别具有输出接管36，其中借助于所述输出接管可以连接高压功率开关10和气体绝缘开关设备的其它元件。输出接管36相对于第一外壳轴A1在侧面以与连接接管24、25相对的方式来布置。
借助已知绝缘元件(图中没有绘出)与第一外壳部分12保持间距的导体40穿过驱动侧连接端区域20的输出接管36，以便将高压功率开关10与气体绝缘开关设备的其它元件电连接。导体40从输出接管36的开口延伸至开关32。导体40与开关32的活动开关接触46以及与断路器单元14电连接。
开关32的固定开关接触48布置在第二外壳部分16的驱动侧连接元件22′内，所述固定开关接触48与活动开关接触46共同作用使开关32闭合。导体41从固定开关接触48穿过第二外壳部分16的驱动侧连接元件22′，并且将固定接触48与合闸电阻装置18的第一连接接触50连接。
合闸电阻装置18的第二连接接触52经由穿过第二外壳部分16的连接元件23′的另一导体42与导体43相连，该导体43从第一外壳12的背离驱动装置30的连接端区域21的连接接管25延伸至该连接端区域21的输出接管36。断路器单元14同样与该导体43相连。导体40、41、42、43均借助已知的圆盘形或者锥形绝缘体如此被保持在第一或者第二外壳部分12、16内，使得所述导体在相对于导体40、41、42、43的径向方向上具有与第一或者第二外壳部分12、16的尽可能均等的间距。
作为对如图1中所示的在第一外壳部分12中的断路器单元14以及在第二外壳部分16中的合闸电阻装置18的布置的替代，也可以将断路器单元与合闸电阻装置布置于共同的外壳部分中，例如布置在上述第一外壳部分之中，其中在这种情况下可以不使用第二外壳部分。必须使导体的导向与这种布置相匹配。
在本实施例中，在图1和3中所示的合闸电阻装置18由沿着第二外壳轴A2相互串联布置的三个激活组(Aktivgruppe)56构成。视合闸电阻装置18的结构方式而定，也可以选用其它数量的激活组，例如也可仅选唯一一个。合闸电阻装置18的中心轴A与第二外壳轴A2重合。三个激活组56均被装在沿着中心轴A延伸的由绝缘材料制成的支撑管58上，并且由所述支撑管保持和支撑在适当的位置。两个连接接触50、52之一分别布置在支撑管58的两个端区域处。连接接触50、52与导体41或者与导体42固定相连，使得导体41、42支撑电阻装置18。连接接触50、52由导电性良好的材料(例如铝)制成。除了其作为连接接触50、52的功能之外，所述连接接触还用来在第二外壳轴A2或者中心轴A的方向上对合闸电阻装置56进行屏蔽。
图1和3中所示的激活组56中的每一个均具有多个相互串联布置的冷却元件60。如尤其在图4和5中所示，每一个冷却元件60均具有圆形的、在中间区域内平坦的形状，其中冷却元件60的外部边缘区域62从平面弯曲出来，使得冷却元件60的横断面(参见图5)为C形。每一个冷却元件60在中心均具有支撑管58所穿过的导孔(Durchführungsloch)64。导孔64的直径选择得大于支撑管58的直径，使得冷却元件60与支撑管58相间距，或者至少能够以充分的间隙沿着支撑管58移动。支撑管58与每一个冷却元件60的平面呈直角。
冷却元件60由金属(尤其是铝)制成，且具有板状形状。冷却元件60的壁厚例如可小于5mm，优选地小于3mm或者小于1mm。冷却元件60的直径例如在30cm和150cm之间，优选地在80cm和120cm之间。冷却元件60的平面扩张尤其典型地比冷却元件60的壁厚大出2～3个数量级。
此外，每一个冷却元件60还具有以相等间距布置于圆(图中没有绘出)上的五个装配孔66。该圆的中心与导孔64的中心叠合。圆的半径如此被选择，使得该圆基本上以在中心的方式在导孔64和边缘区域62之间。
每一个激活组56的冷却元件60如此相互对齐，使得每一个冷却元件60的五个装配孔66和导孔64在中心轴A的方向上分别叠合。每一个由绝缘材料制成的杆68均穿过相互对齐的装配孔66。
在每一个激活组56的在中心轴A方向上相邻的两个冷却元件60之间均分别布置五个电阻元件70。五个电阻元件70中的每一个均被五个杆68中的一个来保持。
为了将激活组56保持在支撑管58上，每一个激活组56均具有被支撑管58支撑的两个圆形支撑板72、72′，所述支撑板在其侧支撑每一个激活组56的杆68。杆68支撑冷却元件60以及电阻元件70。两个支撑板72、72′在中心分别具有孔，其中支撑管58穿过所述孔并且通过所述孔将支撑板72、72′固定地保持在支撑管58上。此外，每一个支撑板72、72′类似于冷却元件60具有五个装配孔66，其中杆68中的每一个均穿过所述装配孔，并且通过所述装配孔在周向和径向上被保持。杆68在中心轴A方向以可活动的方式穿过支撑板72、72′。上述电阻元件70与冷却元件60均布置于每一个激活组22的两个支撑板72、72′之间。
在每一个激活组22的一个支撑板72′以及与该支撑板72′邻近的冷却元件60之间又布置有五个电阻元件70，其中所述电阻元件分别通过杆中的一个来支撑。在该支撑板72′以及每一个杆68的在这一侧加厚的端区域74之间，螺旋弹簧76被装在杆68上。
在每一个激活组56的另一支撑板72和与该支撑板72邻近的冷却元件60之间总计布置五个预张环(Vorspannring)78，其中在每一个杆68上分别固定地保持一个预张环78。所述预张环78中的每一个均与杆68的加厚端区域78和螺旋弹簧76共同作用，使得布置在预张环78和加厚端区域74之间的冷却元件60、电阻元件70以及所述一个支撑板72′在杆68的方向上固定地相互紧贴在一起。由此实现，在冷却元件60和电阻元件70之间保证良好的电以及热连接。此外，这种布置还用于通过弹簧76来补偿因热膨胀引起的线膨胀(
Figure A200810173766D00101
)、尤其是电阻元件70的线膨胀。
电阻元件70例如由烧结材料制成，通常以名称陶瓷碳电阻器(CeramicCarbon Resistor)而公知。每一个电阻元件70均具有直圆柱形状，其中电阻元件70沿其圆柱轴具有通孔80。该通孔80的内径对应于冷却元件60的装配孔66的内径。电阻元件70的通孔80用来将所述电阻元件在径向上在适当的位置固定于杆68上。为此使杆68穿过通孔80。每一个电阻元件70的两个端面均被设计成接触(Kontakt)，且为此优选地具有导电性良好的材料构成的涂层，并且用来与邻近的冷却元件60或者与邻近的支撑板72′建立电连接。此外，电阻元件70和冷却元件60之间的连接还具有高的导热性，从而可以将电阻元件70的热量排出到冷却元件60。
电阻元件70的外径尽可能大地来选择，但是仅如此大，使得既不接触相邻的电阻元件70、支撑管58，也不接触冷却元件60的外部边缘部分62。因此，每一个电阻元件70均在接触区域内接触相邻的冷却元件60，其中冷却元件60在由冷却元件60的中间区域所定义的平面的方向上超出接触区域以及超出电阻元件70。由此实现，通过冷却元件60的接触区域将电阻元件70的热量引导到冷却元件60的不与电阻元件70相靠的区域中。尤其将热量引导到外部边缘区域62中。尤其可以从外部边缘区域62在径向上向外辐射热量。
合闸电阻装置18的串联布置于支撑管58上的三个激活组56相互电串联。两个连接接触50、52分别通过一个导线82与邻近的支撑板72、72′连接。同样也通过导线82建立激活组56相互间的电连接，所述导线82将相邻激活组56的相邻支撑板72、72′相互连接。此外，在每一个激活组56中导线82将在激活组56内远离绝缘材料杆68的加厚端区域74布置的支撑板72与相邻的冷却元件60连接。
为了在激活组56之间屏蔽导线82，在每一个支撑板72′处形成凸状的屏蔽板90，所述屏蔽板在径向上屏蔽弹簧76、加厚端区域74以及导线82。
附图标记清单
10  高压功率开关
12  第一外壳部分
14  断路器单元
16  第二外壳部分
18  合闸电阻装置
20-23  连接端区域
22′，23′连接元件
24-27  连接接管
28  管体
30  驱动单元
32  开关
34  驱动杆
36  输出接管
40-43导体
46  活动开关接触
48  固定开关接触
50  第一连接接触
52  第二连接接触
56  激活组
58  支撑管
60  冷却元件
62  外部边缘区域
64  导孔
66  装配孔
68  杆
70  电阻元件
72，72′支撑板
74  端区域
76  螺旋弹簧
78  预张盘
80  通孔
82  导线
90  屏蔽板
A   中心轴
A1  第一外壳轴
A2  第二外壳轴

Claims (10)

1.用于高压功率开关的合闸电阻装置，具有多个电阻元件(70)和多个连接元件(60)，其中所述连接元件(60)相互串联布置，并且在至少两个串联布置的连接元件(60)之间布置至少一个所述电阻元件(70)用于将所述连接元件(60)电串联，其特征在于，与电阻元件(70)之一电连接的连接元件(60)被构造为冷却元件(60)用于从电阻元件(70)排出热量，其中两个相互串联布置的冷却元件(60)借助电阻元件(70)相互电连接，并且其中多个电阻元件(70)以相互并行的方式布置在两个冷却元件(60)之间且通过冷却元件(60)电并联。
2.根据权利要求1所述的合闸电阻装置，其特征在于，冷却元件(60)中的每一个均以平面的方式被构造，在接触区域内与邻近的电阻元件(70)热连接，并且超出该接触区域用于将热量从所述接触区域排出。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的合闸电阻装置，其特征在于，各个冷却元件(60)分别具有基本上圆形的、在外部边缘区域(62)之内平坦的形状，且每一个冷却元件(60)的外部边缘区域(62)从中间区域的平面弯曲出来，用于电屏蔽和/或冷却。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的合闸电阻装置，其特征在于，冷却元件(60)由金属、尤其是由铝制成，并且具有小于5mm、优选小于2mm且特别优选小于1mm的厚度。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的合闸电阻装置，其特征在于，合闸电阻装置具有由电阻元件(70)和冷却元件(60)构成的激活组(56)，其中激活组(56)具有与相互并行布置的电阻元件(70)的数量相对应数量的杆(68)，所述杆相互并行布置并且用于以机械方式将冷却元件(60)和电阻元件(70)相互连接；其中由相互并行布置的杆(68)支撑相互并行布置的电阻元件(70)，且杆(68)在两侧的端区域分别通过一个支撑板(72，72′)支撑于合闸电阻装置的共同的支撑管(58)上。
6.根据权利要求5所述的合闸电阻装置，其特征在于，多个相互电串联的激活组(56)布置于支撑管(58)上。
7.具有权利要求1～6中任一项所述合闸电阻装置的高压功率开关。
8.根据权利要求7所述的高压功率开关，其特征在于，合闸电阻装置与功率开关的断路器单元(14)并联。
9.根据权利要求8所述的高压功率开关，其特征在于，断路器单元(14)布置在高压功率开关(10)的第一外壳部分(12)内，合闸电阻装置(18)布置在高压功率开关(10)的第二外壳部分(16)内，其中第一外壳部分(12)和第二外壳部分(16)在第一外壳(12)的和第二外壳(16)的连接端区域(20，21，22，23)处相互连接。
10.根据权利要求7或8所述的高压功率开关，其特征在于，高压功率开关的断路器单元以及合闸电阻装置布置在高压功率开关的同一外壳部分内。
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