发明内容
上面阐述的目的通过一种铠装开关装置单元实现,在该铠装开关装置单元中,隔离断路器、慢接地断路器、快接地断路器具有单一控制装置。
换句话说,公共的可动导体元件被用于所有的三个断路器。
对于本发明,隔离断路器的断开和构成隔离断路器的每个电极的接地通过所述两个元件的移动实现,所述两个元件固定在一起,以用于断开隔离断路器和闭合慢接地断路器,所述两个元件然后变成可以彼此相对移动而同时仍保持电接触,以用于快接地断路器的闭合操作。
在一个实施例中,提供与线路同侧的电极和与断路开关同侧的电极之间的接触的导体元件是整体式的,于是线路侧的电极的快接地由该导体元件执行。
在另一个实施例中,提供线路侧的电极和断路开关侧的电极之间的接触的导体元件是复合式的,即其分为适于彼此相对滑动的两个部件,其中所述两个部件中的一个接触线路侧的电极从而使之接地。
根据本发明,提供了一种用于中压和高压开关装置单元的断路器组,其具有沿纵向轴线依次设置的第一电极、第二电极和接地的第三电极,该断路器组包括适于沿所述纵向轴线移动的可动元件,所述可动元件具有适于使第一电极和第二电极相互接触的第一纵向端部以及被布置成与轴向移动装置相接合的第二纵向端部,所述可动元件包括第一部件和第二部件,所述第一部件和第二部件是导电的,并在第一方向上被相互轴向紧固,以用于使第二电极接地,并且适于轴向地彼此分离,所述第二部件适于在与所述第一部件保持电连接的同时在第二方向上移动,从而能够使所述第一电极的接地断路器闭合。
对于本发明,可动元件在第一方向上的移动可以通过移动装置的驱动(致动)来获得,并且所述可动元件的所述第二部件在第二方向上的移动可以通过释放弹性装置来获得,所述弹性装置在第一方向上的所述移动期间被压缩。
根据本发明的断路器组可包括用于将可动元件的第一和第二部件紧固在一起的紧固装置,借助于紧固装置所获得的紧固的释放和由因此被压缩的弹性装置所施加的力的释放均通过可动元件的至少一个部件在所述第一方向上的相对附加移动自动获得。
在第一实施例中,可动元件的所述第一部件与移动装置直接接合,并且部分地由导电材料制成,所述导电材料与第三电极电接触,从而使第一电极和第二电极接地。
所述第一部件可具有由导电材料制成的较大直径部分以及较小直径的绝缘部分,与第三电极之间的接触是通过较大直径部分和第三电极的接触来获得的。
弹性装置例如以反作用方式(或反作用力)抵靠第二电极的径向壁安装,并且第二部件的轴向端部插入在第二电极的所述径向壁和第一电极之间,第二电极包括通过所述径向壁连接在一起的径向外管部分和径向内管部分,弹性装置同心地设置在两个所述管部分之间。
紧固装置包括例如安装成用于在笼架内径向移动的指状件,所述笼架相对于第二部件的管固定,第二部件和第一部件间的紧固通过指状件的径向内端与形成于第一部件的管的外表面上的凹槽的协同工作而获得,所述指状件通过弹性装置被朝向纵向轴线弹性偏压,所述弹性装置利用被插入的推杆径向地安装在外管部分中。
第二电极的径向内管部分在其内表面上具有凹槽,通过指状件的径向外端穿入到所述凹槽中,所述凹槽被布置为将第二部件固定到弹簧笼架上,并且通过指状件的其它径向内端与第一部件远离凹槽的外表面的协同工作,指状件被安装在笼架内的弹性装置径向地偏压远离所述轴,由该第二弹性装置施加的力小于第一弹性装置施加的力。
有利地,从所述第一方向上看,所述第一部件在其上游端部处具有定向为朝向所述第一电极的斜面,由弹性装置施加的力的释放由指状件的径向内端在所述斜面上的滑动进行,然后,通过指状件向内的径向移动,并且通过指状件的径向外端从所述凹槽冒出,所述第二部件与第二电极分离。
在第二实施例中,所述第一部件包括适于与第一电极和第二电极电接触的一个端部以及与移动装置接合的第二纵向端部,所述第二部件具有适于与第一电极和第二电极进行电接触的第一纵向端部。
所述第一部件例如位于径向外部并且围绕径向内部的第二部件,第二部件的第二端部由电绝缘材料制成,并且所述第二部件适于通过紧固装置轴向紧固到第一部件上,所述第二部件具有在第一电极的同一侧的导电端部以及在第三电极的同一侧的电绝缘端部。
有利地,弹性装置优选以反作用方式安装在径向内部第二部件和第三电极之间。
所述弹性装置由电绝缘材料制成,并且至少部分地设置在密封壳体中与密封壳体和可动触头相抵接。
第三电极构成例如密封壳体的轴向基部,并且具有中心通道,所述中心通道的周边被布置成与可动触头的所述外部部件相接触。
在改进的形式中,紧固装置在密封壳体的外部设置在一圆柱形壳体内,所述圆柱形壳体在一端开口并且对接地电极的中心通道限界。
紧固装置包括可与用于朝向纵向轴线偏压的弹性返回装置一起径向移动的指状件,所述径向指状件被朝向纵向轴线弹性地偏压,所述径向指状件安装在所述第一部件上,并且径向内部第二部件具有用于接收所述径向指状件的径向通道,所述圆柱形壳体设有基部,中心指状件从所述基部沿纵向轴线凸出,所述中心指状件适于通过穿入形成于所述第二部件上的孔中来移动所述径向指状件,由此使得所述指状件脱离所述通道,其中所述通道通向所述孔。
紧固装置可包括可径向移动的指状件和以反作用方式安装在笼架中并位于笼架的一端和径向指状件之间的弹性返回装置,所述径向指状件被朝向纵向轴线弹性偏压,所述径向指状件被安装在所述第一部件上,并且径向内部第二部件具有用于接收所述径向指状件的径向通道,并且从第二方向上看,第三电极在其下游端部处包括基部,所述基部具有纵向轴线,并且适于通过穿入形成于所述第二部件上的孔中使得所述径向指状件被偏压,以使其脱离所述通道,其中所述通道通向所述孔。
第三电极有利地包括用于引导可动元件的所述第一部件和第二部件的轴向引导装置,并且还构成用于所述弹性装置的邻接(座靠)装置。
引导装置包括例如相对于所述基部固定且被布置成径向插入在所述第一部件和径向内部第二部件之间的管,所述管具有用于接收所述径向指状件的轴向槽。
从所述第一方向上看,径向内部第二部件在通道下游纵向端部处具有被定向为远离所述通道且适于与所述径向指状件的顶端协同工作的斜面,由此允许径向指状件径向向外滑动并且穿入到所述通道中,由此将导体元件的第一部件和第二部件紧固在一起。
无论怎样的实施例,通过给出非限制性的实例,移动装置可为齿轮齿条型、杠杆型或螺杆型。
弹性装置可以由利用玻璃纤维强化的环氧树脂制成。
可动元件在所述第一方向上的移动速度优选在0.02米每秒(m/s)到0.2m/s的范围内,而用于将第一和第三电极联接在一起的可动元件的所述第二部件的移动速度优选在2m/s到8m/s的范围内。
第一电极可以与中高压电力线路或电缆馈线装置相连,而第二电极与断路开关相连。
有利地,根据本发明的断路器组可包括用于阻止可动元件和第一、第二、第三电极之间的任何相对旋转运动以及阻止所述第一部件和第二部件之间的相对旋转运动的装置。
本发明还提供一种中高压铠装开关装置单元,其包括根据本发明的断路器组,其中金属壳体被接地并且第三电极与所述金属壳体相连。
本发明还提供一种用于中高压开关装置单元的断开和接地的方法,所述单元具有第一电极、第二电极以及接地的第三电极,这些所述电极沿纵向轴线按此顺序依次设置,断路器组包括适于沿着所述纵向轴线移动的可动元件,所述可动元件具有适于使所述第一和第二电极相互接触的第一纵向端部和适于与轴向移动装置相接合的第二纵向端部,所述方法包括以下步骤:
(a)在第一方向上移动所述可动元件,由此中断所述第一和第二电极之间的电连接;
(b)以在所述第一方向上的附加行程移动所述可动元件,由此使所述第二和第三电极电连接在一起;以及
(c)在所述第一方向上的进一步附加行程中移动所述可动元件的至少一部分,由此至少释放所述可动元件的第二部件,以使得第二部件在第二方向上移动并且将所述第一和第三电极电连接在一起。
具体实施方式
根据本发明的断路器组设置成关于纵向轴线X大致圆对称。
在下面的描述中,朝向前方的移动对应于隔离断路器的闭合方向上的移动,并对应于快接地断路器的闭合。朝向后方的移动对应于在断开(打开)隔离断路器和闭合慢接地断路器的方向上的移动。
图1示出了断路器组的第一实施例,隔离断路器、慢接地断路器和快接地断路器组合在其中,接地断路器也通过法语缩写MALT表示。
断路器组适于布置在密封金属壳体(未示出)中,所述壳体被充以例如为六氟化硫(SF6)、干燥空气或氮气(N2)的高介电强度的气体,并且所述组被插入在例如断路开关(未示出)和位于电力线的馈线端处的开关装置单元中的高中压电力线(未示出)之间。
断路器组包括第一电极2、第二电极4和第三电极6,所述第一电极与馈线装置或高中压电缆馈线装置相连,所述第二电极与断路开关相连,所述第三电极是接地电极。在所示实例中,所述第三电极6与自身接地的壳体相连。
根据本发明,所述三个电极2、4和6沿着断路器组的纵向轴线X依次设置。
图2A到2E示出了各种操作状态下图1的断路器组。
轴线X上的第一电极2在面向第二电极4的轴向端部2.1处具有中心腔10和环形腔12,所述中心腔10构成电触头,其由能够建立电弧的材料制成,所述环形腔围绕所述中心腔10,并且构成用于恒定电流通过的电触头。
第二电极4包括轴线X上的管,所述管的一个轴向端部4.1与第一电极2呈面对面的关系。
接地的第三电极6设置在第二电极4的后面。在所示实例中,接地的第三电极6具有圆柱形的内部轮廓,包括具有缩小横截面6.1的区域和具有较大横截面的第二区域6.2,所述具有缩小横截面的区域位于对应于第二电极4的一侧。然而,也可以将第三电极设置成具有恒定的横截面,所述横截面足够大,以容纳下面所描述的固定机构。
接地的第三电极6在较小横截面区域6.1的相反轴向端部处可包括密封基部6.3。
断路器组还包括可动元件8,其是导电的并且设置成使第一电极2和第二电极4、或第二电极4和第三电极6和/或第一电极2和第三电极6相互接触。
在第一实施例中,可动元件8由两个导电部件8.1和8.2、即外部部件8.1和与第一部件8.1同心的内部部件8.2组成。
外部部件8.1呈管状形式,并且被布置成穿入第一电极2的环形腔12中,或者穿入电极6的腔6.1中,而内部部件8.2呈杆的形式,并且被布置成穿入第一电极上的中心腔10中。
外部部件8.1借助于套筒部分14与内部部件8.2保持电接触,所述套筒部分14从外部部件8.1的内表面径向向内凸出。电触头16设置在所述凸出部分14上,作为机械引导装置。
内部部件8.2和外部部件8.1被布置为在断路器操作的某些相位期间,在运动中被固定在一起,并且被布置为在其它操作相位中彼此相对滑动,如下面所说明的那样。
缩小横截面区域6.1具有与导体元件8的外部部件8.1的外径大致相等的内径。因此,当外部元件8.1缩回时,其在缩小横截面区域6.1的位置处与第三电极6电接触。
有利地,所述区域包括对应于外部部件8.1的直径的电触头。在所示实例中,所述触头借助于径向向内凸出并且布置为与外部部件8.1接触的环形突起而获得,并且依靠其材料的弹性向外部部件8.1施加径向力。
外部部件8.1通过管状杆18向着第三电极6的基部6.3向后延伸。
在所示实例中,杆18分为两个部件18.1和18.2。第二部件18.2带有紧固装置20,用于将导体元件8的外部部件8.1和内部部件8.2紧固在一起。
部件18.1由绝缘材料制成,以便保持第三电极6和第二电极4之间的电压。在所示实例中,另一个部件18.2由金属制成,但是可以设想,其也可以由绝缘材料制成。
内部部件8.2借助于棒22向后延伸。
棒22由两个部件、即前部部件22′和后部部件22"构成。
前部部件22′由绝缘材料制成,以便保持处于地电位的第三电极6和处于高电位的第二电极部件4之间的电压。由于机械强度的原因,后部部件22"优选由金属制成,但是它也可以由具有与金属的机械特性等同的机械特性的绝缘材料制成。
基部6.3优选包括用于引导导体元件8的第一部件8.1和第二部件8.2的轴向引导装置。
在所示实例中,引导装置包括朝向第一电极2轴向向前凸出的套筒部分24以及从基部向前凸出的轴向指状件26。所述套筒部分24保持如下所述的弹簧28,而指状件26用作允许所述弹簧伸展的装置。
断路器组还包括弹性能量储存装置28,所述弹性能量储存装置28设置在固定到基部6.3上的套筒部分24的前端部24.1与延伸导体元件8的内部部件8.2的棒22之间。
弹性能量储存装置28由例如螺旋弹簧构成,所述螺旋弹簧以反作用方式安装在套筒部分24的端部24.1和从棒22上径向向外凸出的环形表面22.2之间。
因此,内部部件8.2向后的移动使弹簧28被压缩。
紧固装置20包括径向指状件30,所述径向指状件30轴向地固定在杆18的第二部件18.2上,并且可在径向上移动。
指状件30借助于弹簧32向着轴线X被弹性地推动,所述弹簧32以反作用方式安装在指状件30和固定在杆18上的壳体34的基部之间。
在图2A中,径向指状件30穿入形成于棒22的后端部22.1的通道35中。因此,外部部件8.1和内部部件8.2通过指状件30轴向紧固在一起。
棒22的端部22.1具有轴向孔36,通道35通入所述轴向孔36,以这样的方式,径向指状件30的一个端部30.1径向地伸入孔36中。
相对于接地电极6固定的套筒部分24径向的插入在内部部件8.1的棒22和相对于外部部件8.2固定的杆18之间,并且具有轴向凹槽37,指状件30在所述轴向凹槽37中滑动。
固定到第三电极6上的轴向指状件26设置成穿入孔36中并且与指状件30的顶端30.1协同工作。轴向指状件26优选具有顶端26.1,所述顶端26.1向前定位并且被倒圆,以便有利于径向指状件的端部30.1的滑动,尽管径向指状件也可同样地被倒角或削尖。至于其端部30.1,其优选地为被削尖的形式或倒圆的形式或者为球帽状的形式。
棒22的后端部22.1优选具有斜面,所述斜面被定向为朝向第三电极6的基部,并且在隔离断路器的闭合相位期间也适于与径向指状件的顶端30.1协同工作。
指状件30优选地用作用于阻止外部部件8.1相对内部部件8.2旋转的装置。然而,也可以设置附加装置。
图1中可见用于移动断路器组的移动装置38的一个实施例的实例,所述移动装置在这里是齿轮齿条型装置。
装置38包括与杆18的外表面上的轴向齿条42相啮合的齿轮或小齿轮40。
替代地,也可以使用一组控制杆(杠杆),或适于轴向驱动杆18的任何其它装置。
这种断路器组的操作在下面进行说明。
图2A示出了处于其闭合位置的隔离断路器,其中可动元件8提供第一电极2和第二电极4之间的接触,径向指状件30穿入径向通道35中并且将外部部件8.1和内部部件8.2轴向固定在一起。
为了断开隔离断路器,操作者启动移动装置38,以使得在所示实例中小齿轮40旋转并且向后轴向地移动杆18,从而驱动外部部件8.1,内部部件8.2也借助于径向指状件30轴向移动。导体元件8的轴向移动可以缓慢地进行,例如以大约0.02m/s到0.2m/s的速度进行。
可动元件8移动离开第一电极2,移动装置38停止,然后隔离断路器处于其断开位置,也就是说,第一电极2和第二电极4不再电连接在一起,而且以断路距离分开。在该位置,没有电极接地,如从图2B可见的那样。
断路距离是使气体的电隔离足以确保由可应用于这种类型的设备的标准所规定的介电强度所需的第一电极2和第二电极4之间的最小距离。
在第一行程期间,弹簧28被压缩。在齿轮齿条系统的现有实例中,在移动装置38停止期间,弹簧28保持在其被压缩的状态。
为了回复到图2A所示的位置上,只需要在相反的方向上驱动移动装置38以使杆18向前移动就足够了。
为了闭合慢接地断路器,操作者再次驱动移动装置38,并且杆18重复其轴向向后移动,外部部件8.1和内部部件8.2也同样地移动,直到外部部件8.1穿入到第三电极6中并与接地电极6的缩小横截面区域相接触,如图2C所示。然后,第二电极4与第三电极6(接地电极)通过外部部件8.1电接触,然后第二电极4的接地断路器闭合。弹簧28再次被压缩。该操作也可以缓慢地进行,例如以大约0.02m/s到0.2m/s的速度进行。移动装置38停止。于是内部部件8.2的移动对应于慢接地断路器的闭合。
为了回复到图2B所示的位置,只需要在相反的方向上驱动移动装置38以使杆18向前移动就足够了。
为了闭合快接地断路器,操作者再次驱动移动装置38,以使得固定在一起的外部部件8.1和内部部件8.2再次向后移动。轴向指状件26从电极6的基部6.3凸出,然后穿入到孔36中,与径向指状件30的顶端30.1相接触,并且推动其径向向外抵压弹簧32,如图2D所示。指状件30的径向移动使得外部部件8.1和内部部件8.2相互分离。
由弹簧28施加的力推动内部部件8.2向前,同时外部部件8.1保持不动。内部部件8.2穿入到第一电极2的中心空腔中。然而,外部部件8.1和内部部件8.2保持互相电接触。
现在,第一电极2通过内部部件8.2和外部部件8.1与接地电极6电连接。然后,第一电极2的接地断路器闭合(参见图2E)。
在弹簧28伸展期间内部部件8.2的向前移动是快速的,因此第一电极2的接地断路器的闭合相对第二电极4的接地断路器的闭合来说是快速的。闭合速度为大约2m/s到8m/s,其能够实现需要执行的短路上适当的闭合。内部部件8.2的移动因此对应于快接地断路器的闭合。
返回图2A所示的位置,也就是接地断路器的断开以及隔离断路器的闭合由移动装置在使杆18向前移动的方向上的驱动完成。于是,外部部件8.1相对于内部部件8.2向前滑动。
外部部件8.1于是与接地的第三电极6间隔开,并且电极2和4不再处于地电位:第一电极2和第二电极4的接地断路器断开。结果,外部部件8.1接触第一电极2,于是隔离断路器闭合。
然后,径向指状件20的顶端30.1接触棒22的端部并且在上面提到的斜面上滑动,然后指状件30抵抗弹簧32的作用力径向向外地移动。当与通道35成面对面关系时,其被弹簧32径向地向着轴线X推动。然后,外部部件8.1和内部部件8.2再次轴向紧固在一起。
图6A到8B中可见第一实施例的另一形式,其示出了将隔离断路器、慢接地断路器和快接地断路器组合到一起的断路器组。在所述形式中,介电材料的弹簧设置在密封壳体中。
断路器组包括第一电极202、第二电极204和第三电极206,其中第一电极与高中压馈线装置或电缆馈线装置相连,第二电极与断路开关相连,第三电极为接地电极。在所述实例中,第三电极206与壳体相连,而所述壳体本身与地电位相连。
根据本发明,三个电极202、204和206沿着断路器组的纵向轴线X依次设置。
在与第二电极204成面对面关系的轴向端部202.1处,第一电极202在轴线X上具有构成电触头的中心腔210,其由能够建立电弧的材料制成,并且它也具有围绕中心腔210且构成能够通过恒定电流的电触头的环形腔212。
第二电极204包括轴线X上的管,其一个轴向端部204.1与第一电极202成面对面关系。
接地的第三电极206设置在第二电极204的后面。在所示实例中,接地的第三电极206构成壳体201的端部,壳体处于地电位。接地电极206在轴线X上具有中心通道206.1,所述中心通道206.1的周边206.2被布置成与断路器组的可动触头电接触从而使它们接地。所述通道也能够使得断路器组的控制或驱动被传递,如下面说明的那样。
断路器组还包括导电的可动触头208,用于使第一电极202和第二电极204、或第二电极204和第三电极206、和/或第一电极202和第三电极206互相电接触。
可动触头208分为两个导电部件208.1和208.2,即外部部件208.1和与第一部件208.1同心的内部部件208.2。
外部部件208.1为管状的形式,并且被布置成穿入第一电极202的环形腔212中,或者穿入电极206的中心通道206.1中,而内部部件208.2为棒状的形式,并且被布置成穿入第一电极202的中心腔210中。
外部部件208.1借助于套筒部分214与内部部件208.2保持电接触,所述套筒部分214从外部部件208.1的内表面径向向内凸出。电触头216设置在与内部部件208.2的外壁相接触的凸出部分214上。
在断路器操作的一些相位中,内部部件208.2和外部部件208.1在运动中固定在一起,并且在其它操作相位中适于彼此相对滑动,如下面所说明的那样。
中心通道206.1具有大致等于导体元件208的外部部件208.1的外径的内径。因此,当外部部件208.1缩回时,其穿入到通道206.1中并且在中心通道206.1的周边区域206.2中与第三电极206电接触。
该区域优选包括对应于外部部件208.1的直径的电触头。在所示实例中,该触头由环形突起提供,所述环形突起径向向内凸出,并且被布置为与外部部件208.1接触,且借助于其材料的弹性向外部部件208.1施加径向力。
外部部件208.1在轴线X上通过管状形式的杆218向后延伸。
在所示实例中,杆218分为两个部件,218.1和218.2。第一部件218.1与外部部件208.1直接相连。外部部件218.1由电绝缘材料制成,并且位于隔离断路器的闭合位置中的壳体内部。
第二部件218.2带有紧固装置220,用于将导体元件208的外部部件208.1和内部部件208.2紧固在一起。
部件218.1由绝缘材料制成,以支持第三电极206和第二电极204之间的电压。在所示实例中,另一个部件218.2既可以由绝缘材料也可以由导电材料制成。
第二部件218.2同样与移动装置240协同工作,用于沿轴线X纵向地移动外部部件208.1。在所示实例中,所述移动装置由丝杠型机构构成,其中丝杠延伸穿过平行于轴线X的孔240.1,并且形成于第二部件218.2后面的基部218.2.1中。然而,杠杆机构或适于轴向驱动杆218的任何其它装置也可能是合适的。
内部部件208.2通过棒222向后面延伸。
棒222分为两个部件,即与内部部件208.2相连的前部部件222′和与前部部件222′相连的后部部件222"。
前部部件222′由绝缘材料制成,以便支持连接地电位的第三电极206和处于高电位处的第二电极部件204之间的电压。由于机械强度的原因,后部部件222"优选由金属制成,但是它也可以由具有与金属的机械特性等同的机械特性的合适的绝缘材料制成。
轴线X上的管状壳体242被布置在密封壳体1的后部,其容纳紧固装置220和移动装置240。该壳体242具有由基部242.1关断的第一纵向端部和敞开的第二纵向端部242.2,所述第二纵向端部242.2与密封壳体201相抵接,并且围绕接地电极206的中心通道206.1。因此管状壳体242是密封壳体201的纵向延伸。
基部242.1优选包括轴向引导装置,用于引导导体元件208的第一部件208.1和第二部件208.2。
在所示实例中,引导装置由向第一电极202轴向向前凸出的套筒部分224和从基部向前凸出的轴向指状件226一起构成。套筒部分224保持如下所述的弹簧228,而轴向指状件226被用作使所述弹簧能够伸展的装置。
断路器组还包括弹性能量储存装置228,用于使快接地断路器快速闭合。该弹性装置228由电绝缘材料制成,该电绝缘材料例如为利用玻璃纤维加强的环氧树脂,其可以例如呈螺旋弹簧的形式。
在该特定形式中,弹性装置228可以主要设置在密封壳体内部,特别地在连接到基部242.1上的套筒部分224的前端部224.1和延伸导体元件208的内部部件208.2的棒222之间。更准确地说,弹簧228以反作用方式抵靠套筒部分224的端部224.1和从棒222径向向外凸出的环形表面222.1安装,以便使得所述弹簧228在内部部件208.2向后移动时被预加载。
该形式使得可以提供在轴向上非常紧凑的断路器组。
弹簧228围绕内部部件208.2的棒222。
在所示实例中,弹簧的后端部伸出密封壳体外。然而,也可以布置成弹簧完全位于该壳体内。
因此,内部部件202向后的移动使得弹簧228被压缩。
紧固装置220包括径向指状件230,其轴向地固定在杆218的第二部件218.2上,并且可以径向移动。
径向指状件230借助于弹簧232被径向地朝向轴线X弹性偏压,该弹簧以反作用方式安装在台肩230.1和侧向推力板234之间,所述台肩形成于径向指状件230的周边中,而所述侧向推力板固定在杆218上并且径向指状件230的尾端230.2延伸穿过所述杆218。
在图6A和6B中,径向指状件230穿入通道235中,所述通道235形成于棒222的后端部222.1中。因而,外部部件208.1和内部部件208.2通过指状件230轴向紧固在一起。
棒222的端部222.1具有轴向孔236,通道235开口通入所述轴向孔236中,因此径向指状件230的一个端部230.3可以径向凸出进入孔236中。
连接到接地电极206上的套筒部分224径向地插入内部部件208.1的棒222和相对于外部部件208.2固定的杆218之间,并且具有轴向槽237,指状件230可在轴向槽237中滑动。
相对于第三电极206固定的轴向指状件226被布置成穿入孔236中并且与指状件230的顶端230.3协同工作。轴向指状件226优选具有端部226.1,所述端部226.1被向前定位并且被倒圆,以便有利于径向指状件230的端部230.3的滑动,尽管该端部226.1也能同样地被倒角或削尖。至于顶端230.3,优选地呈被削尖的形式或倒圆的形式或者为球帽状的形式。
棒222的后端部222.1优选包括斜面,所述斜面朝向第三电极206的基部,并且也被布置为在隔离断路器的闭合相位期间与径向指状件230的端部230.3协同工作。
径向指状件230优选用作阻止外部部件208.1相对于内部部件208.2旋转的防旋转装置。然而,也可以提供其它装置用于此目的。
以上所述的断路器组的操作在下面进行说明。
在图6A中可见隔离断路器处于其闭合位置,其中可动触头208提供第一电极202和第二电极204之间的接触,并且其中径向指状件230穿入到径向通道235中且将外部部件208.1和内部部件208.2轴向紧固在一起。
为了断开隔离断路器,操作者驱动在所示实例中由丝杠构成的移动装置240,这使得杆218轴向向后移动,驱动外部部件208.1。内部部件208.2也借助于径向指状件230轴向移动。导体元件208的轴向移动可以缓慢地进行,例如以大约0.02m/s到0.2m/s的速度进行。
现在,可动元件208与第一电极202分隔开,移动装置240停止,隔离断路器因而处于其断开位置,也就是说,第一电极202和第二电极204不再电连接在一起且以断路距离分隔。在该位置,没有电极处于地电位。
断路距离是为使气体的电绝缘足够良好以确保由可应用于这种类型的设备所要求的介电强度所必需的第一电极202和第二电极204之间的最小距离。
在移动中的第一行程期间,弹簧228已经被压缩。在移动装置240静止的同时,弹簧228保持被压缩。
为了回复到电极202和204都不处于地电位的位置处,只需要在相反的方向上驱动移动装置240以便杆218向前移动就足够了。
为了闭合慢接地断路器,操作者再次驱动移动装置240,于是杆218重复其向后的轴向移动,并且外部部件208.1和内部部件208.2执行同样的动作,直到外部部件208.1穿入到第三电极206中并与接地电极206的中心通道206.1的周边206.2相接触,如图7A中所看到的那样。然后,第二电极204与第三电极206(其是接地的)通过外部部件208.1电接触,然后第二电极204的接地断路器闭合。弹簧228再次被压缩。该操作也可以缓慢地进行,例如,以大约0.02m/s到0.2m/s的速度进行。移动装置240停止。因而内部部件8.2的移动对应于慢接地断路器的闭合。
为了回复到图7A所示的位置,只需要在相反的方向上驱动移动装置240以使杆218向前移动就足够了。
为了闭合快接地断路器,操作者再次驱动移动装置240,紧固在一起的外部部件208.1和内部部件208.2再次向后移动。从电极206的基部206.3凸出的轴向指状件226然后穿入到孔236中,与径向指状件230的顶端230.3相接触(参见图7B),并且抵抗弹簧232的作用径向向外地推动所述顶端230.3,如图8B所示。指状件230的所述径向移动使得外部部件208.1和内部部件208.2分离开。
由弹簧228施加的力推动内部部件208.2向前,同时外部部件208.1保持静止。内部部件208.2穿入到第一电极202的中心腔中。然而,外部部件208.1和内部部件208.2保持互相电接触,如图8A可见的那样。
然后,第一电极202通过内部部件208.2和外部部件208.1电连接到接地电极206。此时第一电极202的接地断路器相应地闭合。
在弹簧228伸展期间内部部件208.2的向前移动是快速的,因此第一电极202的接地断路器的闭合相对于第二电极204的接地断路器的闭合来说是快速的。闭合速度为大约2m/s到8m/s,这使得设备在短路的条件下能够令人满意地运行。因而内部部件208.2的移动对应于快接地断路器的闭合。
返回图7A所示的位置,也就是说接地断路器的断开以及隔离断路器的闭合,其通过在杆18向前移动的方向上驱动移动装置240来完成。于是,外部部件208.1相对于内部部件208.2向前滑动。
外部部件208.1因此与接地的第三电极206分隔开,以使得电极202和204不再接地:第一电极202和第二电极204的接地断路器断开。结果,外部部件208.1与第一电极202接触,因而隔离断路器闭合。
然后,径向指状件230的顶端230.3接触棒222的端部并且在上面提到的斜面上滑动,然后指状件230抵抗弹簧232的作用径向向外移动。然后,当指状件处于与通道235面对面的关系时,其通过弹簧232径向的朝向轴线X移动。于是,外部部件208.1和内部部件208.2再次轴向紧固在一起。
所述密封壳体轴向向外地凸出很少的量,因为凸出密封壳体外的断路器的机械部件的尺寸已经被减小。弹簧由于其电绝缘特性而可全部或部分地包含在该壳体中。它围绕固定在可动触头208的内部部件208.2上的棒222,并且将其紧固在外部部件208.1上。在本发明的实践中,绝缘和弹性能量储存的功能有时在几何上互相重叠。
在图3A到3G中可见本发明的断路器组的第二实施例,其中用于将第一和第二电极电连接在一起的导体元件为一个整体。
图3A示出了本发明的第二实施例中处于一定状态下的断路器组,在所述状态下,隔离断路器处于闭合状态而接地断路器处于断开状态。
断路器组包括与高中压线或电缆馈线相连的第一电极102、与断路开关相连的第二电极104和接地的第三电极106,这三个电极沿轴线X相互对齐。
第一电极102和第二电极104设置成相互面对面的关系并且以断路距离分隔开,如上所述,所述断路距离是为使得气体的电绝缘足够良好以确保由可应用于这种类型的设备所要求的介电强度所必需的电极之间的最小距离,并且第三电极106从第二电极104轴向向后偏移。
在所示实例中,在轴线X上的第一电极102在面向第二电极104的方向上具有腔102.2和位于所述腔中的轴向凸出元件102.3,其中所述腔102.2构成能够通过恒定电流的电触头,而所述凸出元件102.3向第二电极104凸出并且构成由能够建立电弧的材料形成的电触头。
第二电极104包括大致管状形式的外部元件104.1和轴线X上的管部分104.5,所述外部元件104.1在定位为与第一电极102同侧的第一端部104.2处通过径向向内朝向轴线X延伸并且限定中心腔104.4的环形壁104.3而部分闭合,所述管部分104.5设置在管部分104.1内并且在与所述第一端部104.2相对的第二端部104.5的区域中借助于环形横向壁104.6与管元件104.1相连。
图4A到4D示出了第二电极104不由整体件制成。首先,管元件104.1和环形壁104.3一体制成,其次,管部分104.5和环形横向壁104.6互相一体制成。由管部分104.5和横向壁104.6组成的组件固定在与第一电极102相对的管元件104.1的一端。
第三电极106呈大致管状的形式,并且其例如在如图4A到4B所示的金属壳体接地的位置处联接到金属壳体上,所述图4A到4B中示出了第三电极位于壳体的后盖部件中并且呈郁金香状的形式。
可沿轴线X移动的导体元件108包括外管110,所述外管110在轴向上足够长,以便通过电触头105同时与第一电极102和第二电极104产生电接触。管110具有与第一电极102中腔102.2的直径基本相等的外径,以使其能够在电极102中滑动。
导体元件还包括郁金香状形式的电触头109,所述电触头109安装于导体元件108内部并且被布置成容纳轴向凸出元件102.3。
电触头109固定在管110的横向壁108.1上,所述横向壁108.1部分地闭合导体元件的管的内部。
在管110的后端部110.1处,导体元件108包括紧固装置112,所述紧固装置112用于将管110和杆114紧固在一起以进行轴向移动。
杆114由两个部件制成,其中一个部件由导电材料制成而另一部件由绝缘材料制成,并且其呈管状的形式,所述管被布置成在管部分104.5内滑动并且通过紧固装置112联接到导体元件108上。
杆114具有较大直径的导电材料的前部部件114.1,该直径等于第二电极104的管部分104.5的内径,其确保电接触和杆114的轴向引导。电触头118优选设置在管部分104.5的后端部。部件114.1的外径具有同样基本等于第三电极106的内径的较大直径,以便能够使部件114.1配合在电极106内,并具有与触头104.1相匹配的电触头。
杆114还包括较小直径部件114.2,所述较小直径部分114.2由绝缘材料制成并且具有小于接地电极106的内径的外径,以使其可在电极106中滑动而不与其相接触。
杆114还具有凹槽,所述凹槽使其能够通过紧固装置112与导体元件108固定在一起。
断路器组还包括安装在第二电极104中管部分104.1和管部分104.5之间的弹性能量储存装置120。在所示实例中,该弹性能量储存装置120是螺旋弹簧,其安装在第二电极104的横向壁104.6和导体元件108的后端部108.1之间,以进行反作用。
图5示出了紧固装置112的放大视图,其包括径向指状件122,该径向指状件122安装成用于在笼架124中径向移动,所述笼架124相对于外管110固定在其后端部110.1的区域中。图5示出了断路器闭合时的系统。
笼架124具有正交于轴线X的轴线。
指状件122借助于弹簧126被径向地向着轴线X偏压,所述弹簧126安装在形成于第二电极104的管元件104.1中的径向通道128内。弹簧126被安装用于在通道128的环形表面和推杆130的头部130.1之间产生反作用力,推杆130的头部130.1与指状件122相接触。推杆130还具有用于限制推杆130向着轴线X的径向移动的径向邻接件(支柱)130.2。
弹簧127还被布置成推动指状件122远离轴线X,所述弹簧被安装成用于在指状件122的头部122.3和笼架124的环形表面124.1之间产生反作用力。
由弹簧126施加的力大于由弹簧127施加的力,因此其始终将指状件122推向轴线X。
安装在导体元件中的弹簧127使得向外抵抗弹簧126的指状件122的平衡位置得以保持。
指状件122被布置成通过其径向内部顶端122.1与形成于杆114的外壁上的凹槽132协同工作。所述凹槽132被如此布置,以使得当隔离断路器闭合时,其面向通道128。因此,当径向内端122.1位于凹槽132中时,导体元件108和杆114轴向紧固在一起。
有利地,如从下面可以看出,径向指状件122-的端部122.1和122.2为倒圆的形式,以有利于它们在各种表面上的滑动。
管104.1的内壁还具有通向通道128的后方的凹槽134,所述通道128轴向地形成于管部分104.5的纵向前端的前面。所述腔134被布置成容纳指状件122的径向外端122.2。
凹槽134优选在第二电极端部104.2的同侧具有平缓地倾斜的轴向端部部分,以使得当指状件能够径向向内移动时,有助于指状件122的顶端122.2在向前的方向上从腔内退出。
杆114的前端部114.3被以这样的方式向前倒角出斜面,以使得在断路器闭合操作的最后,使指状件122能够重新接合到杆114上。
优选提供防旋转装置(未示出),以使得指状件122和推杆130始终处于包含在附图所在平面中的公共平面中。
移动装置136也被提供,以用于驱动导体元件108沿轴线X进行直线运动,这通过杆114完成。在所示实例中,这些移动装置为杠杆型,但是它们也可以为任意其它适合的类型,例如齿轮齿条型或者丝杠型。
本发明的第二实施例中的断路器组的操作将在下面进行说明。
在如图3A所示的位置中,隔离断路器保持闭合,也就是说导体元件108与第一电极102和第二电极104通过弹簧120保持接触。
想要断开隔离断路器的操作者驱动移动装置,其在杆114上施加轴向力,以使得杆114沿轴线X缩回,由此,通过相对于导体元件108轴向固定的指状件122的顶端122.1与凹槽132的协同工作而驱动导体元件108向后移动。于是,顶端122.1沿着第二电极104的管部分104.1的内表面滑动。导体元件108抵抗120弹簧的作用移动,以使得弹簧120如图3B所示地被压缩。
导体元件108和第一电极102之间的接触被断开。因此此时隔离断路器断开。当导体元件108抵靠第二电极104的管部分104.5的端部时,移动装置停止,因此此时该系统处于图3C所示的状态。指状件122、特别是其顶端122.1与凹槽134对齐。
在该配置中,隔离断路器断开,也就是说第一电极102和第二电极104不再电连接在一起,并且以断路距离分隔开。在该位置中,没有电极处于地电位。
以上所述的移动可以以大约0.02m/s到0.2m/s的缓慢速度进行。为了重新闭合隔离断路器,只需要以相反的方式执行以上所述的操作就足够了。
为了回复到图3A所示的位置,所需的仅仅是在相反的方向上驱动移动装置114,以使得导体元件102向前移动。
为了闭合第二电极104的慢接地断路器,操作者再次驱动移动装置。
杆再次驱动导体元件108,但是,由于元件108抵靠管部分104.5的端部,因此施加在指状件122上的力借助于形成在凹槽132上的倒角斜面并且通过弹簧127趋向于使指状件122的顶端122.1从凹槽132中出来。因此指状件122径向向外移动,于是端部122.2穿入到凹槽134中。导体元件108于是被锁在如图3D所示的位置中的第二电极104上。相反,杆114继续滑向后面,以使得其具有最大直径的部分114.1与接地电极106相接合并与其接触,如图3E和图4C中可见的那样。然后移动装置停止。
在该位置上,第二电极104的接地断路器闭合,并且第二电极104此时通过杆114处于地电位。
最大直径的部分114.1的长度这样选择,以使得分隔接触电极106的最大直径部分的后端与在形成于杆的前端部的倒角斜面后面的区域之间的距离使得最大直径部分114.1能够与电极106接触,并且指状件的端部122.1到达所述倒角斜面的后部。
以上所述的移动可以以大约0.02m/s到0.2m/s的速度进行。为了再次断开第二电极的接地断路器并且闭合隔离断路器,所需要的只是以相反的方式执行上面所描述的操作。
为了回复到图3A所示的位置,所需要的仅仅是在相反的方向上驱动移动装置114以使得导体元件114.1向前移动。
为了闭合第一电极102的快接地断路器,操作者再次驱动移动装置,杆执行一次缩短的行程,例如大约几毫米,以使指状件122的顶端122.1碰到倒角斜面,然后指状件径向向内移动,其相反端部122.2脱离腔134,在腔的倒角斜面上滑动,然后导体元件108被相对于第二电极104轴向固定。
在压缩的弹簧120的作用下,导体元件108轴向向前移动,同时顶端122.2沿着管104的内表面滑动,例如以大约2m/s到8m/s的高速滑动,并且与第一电极102相匹配地接合。因为导体元件108通过触头105与第二电极104永久电接触,还因为第二电极104本身通过导体114.1处于地电位,因此通过杆114电极102处于地电位。然后,第一电极102的接地断路器闭合,如图3F到4D中可见的那样。
然后,指状件与推杆130处于一条直线上。
第一电极的接地断路器闭合的高速度使其在短路情况下能够令人满意地操作。
为了断开接地断路器和闭合隔离断路器,操作者在相反的方向上驱动移动装置,以便向前移动杆114,以使得所述杆、特别是其最大直径部件114.1远离电极106,因而两个接地断路器断开并且同时隔离断路器闭合(见图3G)。
杆114继续其行程,顶端122.1在杆114的倒角前端滑动并且径向向外移动。
杆114向前移动直到凹槽132与指状件122位于一条直线上,同时其端部122.1滑入凹槽132中。然后,导体元件108和杆114再次轴向紧固在一起,如图3A到4A所示。
该操作通常以大约0.02m/s到0.2m/s的速度缓慢地执行。
在上述的两个实施例中,仅描述了一个轴向固定装置,但是应该清楚理解的是,可以设置多个这样的装置,它们优选成角度地以固定间隔分隔开,并且优选位于共同的横断平面中。
在第二实施例中,多个指状件122的存在使得电极104中的导体元件108的轴向导引能够得到改进,并且使得由指状件施加的力能够得以减小。
在第二实施例中,弹簧120设置在第二电极104内,特别地如图4A中可见的那样,与第一实施例相比,这使得快接地机构的壳体向外凸出的量减小。通过在其端部之一处布置几毫米厚的电绝缘板,可避免弹簧的弹簧圈(turns)中电流的流通。