CN101728112B - 开关装置、带开关装置的开关设备及操作开关装置的方法 - Google Patents

Abstract

一种开关装置(3)，包括电导体(10)、连接到所述导体(10)的断路器(6)以及开关(7)，所述开关(7)包括可围绕转动轴线枢转到第一位置和第二位置的开关元件(9，16)，在第一位置上，其第一端部(13)电连接到断路器(6)，并且其第二端部(14)电连接到电导体(10)，在第二位置上，其所述第二端部(14)与导体(10)断开，并连接到接地元件(12)，其中开关元件(9，16)也可运动到第三位置，在第三位置上，它从导体(10)和接地元件(12)断开。所述第三位置是开关元件(9，16)和导体(10)以及接地元件(12)之间的介电强度高于只通过所述开关元件(9，16)枢转而获得的开关元件(9，16)在第一和第二位置之间的任何枢转位置上的介电强度的位置。

Description

开关装置、带开关装置的开关设备及操作开关装置的方法

技术领域

本发明涉及一种开关装置，该开关装置包括电导体、连接到所述导体上的断路器以及开关，所述开关包括可围绕转动轴线枢转到第一位置和第二位置的开关元件，在第一位置上，其第一端部电连接到断路器，并且其第二端部电连接到电导体，在第二位置上，其所述第二端部与导体断开，并且连接到接地元件，其中开关元件还可运动到第三位置，在第三位置上，它与导体和接地元件断开。

本发明还涉及一种操作这种开关装置的方法。

通常，本发明涉及一种用于配电的开关设备中所使用类型的开关装置。因此，本发明还涉及一种包括根据本发明的开关装置的开关设备。通常这种开关设备被连接到三相交流配电网。由此，开关装置的所述导体可在开关设备操作时限定用来承载中压或高压的所谓母线。中压或高压指的是1kV和以上的电压。通常，但不是必须的，所述断路器包括真空断续器。所述的开关指的是用来在断路器启动时将断路器与导体分开的选择器开关，即通过断路器来中断断路器上游和下游部件之间的电连接时。开关的第二位置可以被认为是安全位置，可以在例如连接到开关设备的线缆的部件上进行安全修理和维护。开关的第三位置可以被认为是测试和测量位置，在该位置上，可以在例如连接到开关设备的线缆的部件上进行测试和测量。

通常，按照本发明的开关设备可包括接地的金属封装件，其内部定位有所述的承载电压的部件。套管设置在所述封装件的壁内，并且用于向开关设备或从开关设备传输电流的电力线缆被连接到套管。在封装件内部，其它导体将每个套管与各自断路器连接。

背景技术

现有技术的开关设备通常包括位于壳体或封装件内的一个到五个模块，并且每个模块包括至少三个套管(每个套管对应于三相交流配电系统的每相)、从每个套管引到各自真空断续器的导体以及选择器开关(每个选择器开关对应于每个断续器)以及母线(每个母线对应于每相)。每相的母线延伸穿过所有的单元，并且因此对于那些单元来说是公共的。选择器开关用来将真空断续器连接到母线，或者将其与母线断开。每个选择器开关通常包括可在与母线连接或断开的位置之间枢转的闸刀。

真空断续器可以是弹簧加载的，并且被设置成在出现特殊操作情况时中断电流。在这种中断之后，选择器开关可从各自母线手动或自动地断开，或断开到其端部接地的位置，或者断开到例如可以对开关的断路器一侧的部件进行电测量的打开位置。因此，选择器开关的闸刀具有三个主要位置，即闭合(连接)、接地或打开位置。为了从闭合位置转换到接地位置，每个闸刀枢转一定角度。在第一和第二位置之间的角度位置上获得打开位置。

在中压或高压应用中，在例如为了完全断开负载时，使用闸刀的打开位置，在闸刀和相邻母线之间以及闸刀和在其接地位置上与其连接的接地元件之间将存在一定电场。至母线和至接地元件的距离各自应该尽可能大，以便防止闸刀和任何所述部件之间的放电或起电弧。因此，通过闸刀转动而获得的母线和接地元件之间的最佳枢转位置通常用作打开位置。将来，可以设想使用一种开关设备，其中在定位开关的封闭件内可以填充其电绝缘能力小于当前情况的气体。从安全的观点出发，现有技术的设计是不能令人满意的，并且需要过多空间来满足安全规范，即这是为了防止将要出现的放电或起电弧。因此，对于耐用的开关设备的设计来说，紧凑性是使得深思熟虑的解决方案得以实现的关键参数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种最初限定的开关装置，其设计可以特别在开关的开关元件位于第三、打开位置时确保安全性而不破坏性放电。

本发明的目的通过最初限定的开关装置来实现，该开关装置的特征在于，所述第三位置是开关元件和导体以及接地元件之间的介电强度高于只通过所述开关元件枢转而得到的开关元件在第一和第二位置之间的任何枢转位置上的介电强度的位置。介电强度指的是避免开关元件和导体与接地元件中的任一个之间破坏性放电的能力。对于任何给定情况，根据所涉及部件(即开关元件、导体和接地部)的特定电压，在第一和第二位置之间具有相对于介电强度来说最佳的枢转位置。本发明教导了第三位置是介电强度甚至高于只通过开关元件枢转而获得的所述最佳位置上的介电强度的位置。由于改善的介电强度，可以减小对容纳开关装置的封闭件内的电绝缘气体的需求，并且可以使用空气，而不是例如使用SF6。

优选的是，所述第三位置是经由开关元件从第一位置枢转超过第二位置或者经由开关元件的纵向移位、或者开关元件的枢转及其纵向线性移位的组合而获得的位置。开关元件的枢转优选地通过与开关元件连接的轴的转动来实现。开关元件的纵向或线性运动优选的是与转动轴线横向的运动。作为一个示例，纵向运动可通过设置有周向齿的第二轴的转动来实现。该周向齿与设置在开关元件上的齿条接合，即齿条和小齿轮。尽管给定的示例是优选的，其它解决方案也是可以的，并且也在本发明的范围内。经由在前面描述的枢转平面之外的平面内的线性移位或枢转，第三位置也可经由开关元件在枢转轴线的方向上的运动来实现。

按照一个实施例，所述第三位置是通过开关元件从第一位置枢转超过第二位置而获得的位置。假设在超过第二位置的区域内具有足够的空间，如从第一位置看到那样，以便使得能够相对于所述第一和第二位置之间的最佳枢转位置的介电强度，改善开关元件以及接地元件之间的介电强度，这种解决方案是优选的，这是由于它简单并且只需要开关元件的进一步枢转。因此，本发明所教导的是开关元件可从第一位置枢转超过第二位置到实现所述改善的介电强度的程度。

按照一个实施例，在第三位置上，开关元件和接地元件之间的距离大于只通过开关元件枢转到导体和接地元件之间的一个位置而能获得的最佳介电强度的位置上的距离。

如上所述，优选的是所述开关元件可相对于其转动轴线移位，优选的是与转动轴线的方向横向。同样优选的是开关元件是细长的。按照一个实施例，在所述第一和第二位置上，与开关元件的第二端部相比，转动轴线更靠近第一端部。在所述第三位置，与第一和第二位置相比，第二端部朝着转动轴线移位。

按照一个实施例，开关装置包括与所述转动轴线同轴延伸的轴，其中开关元件被连接到所述轴，并且经由所述轴的转动而枢转。由此，开关元件的枢转通过所述轴的操作来实现。优选的是，该轴延伸穿过其内部容纳有开关装置的封装件的壁，并且从所述封装件的外侧进行操纵。

按照一个实施例，开关元件可相对于所述轴移位。为了能够进行这种移位，开关元件能够在与轴的纵向横向的方向上滑动地配置在轴上。为了实现开关元件的移位，该装置包括用于使得开关元件相对于所述轴移位的装置。这种装置包括齿条和小齿轮。优选的是，这种齿条和小齿轮可包括与第一轴同轴并在其内部延伸且承载接合开关元件上的齿条的小齿轮的第二轴。优选的是，第一轴的转动独立于第二轴的转动，使得开关元件的枢转不需要其纵向移位，并且反之亦然。

按照一个实施例，在所述第三位置，开关元件与断路器电断开。由此，实现整个开关装置的介电强度的进一步改善。优选的是，在所述第一和第二位置，开关元件经由接触元件连接到断路器。经由从第一位置到第二位置的枢转，开关元件的第一端部与所述接触元件滑动接触。在进一步枢转超过第二位置时，开关元件的第一端部脱离接触元件，由此在所述元件之间形成电绝缘间隙。在枢转到第三位置没有超过所述第二位置的情况下以及在使用纵向移位来达到第三位置的情况下，接触元件和/或开关元件的第一端部的设计应该使得开关元件移位时结束它们之间的接触。实现这种效果的多种解决方案对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。

按照一个实施例，开关元件形成闸刀。

按照一个实施例，所述断路器包括真空断续器。

按照一个实施例，在开关元件的所述第一、第二和第三位置的每个位置，导体被配置成承载中压或高压。优选的是所述导体是设置在开关设备内的母线。

本发明的目的也可通过配电开关设备来实现，其特征在于它包括按照本发明的开关装置。

本发明的目的也可通过最初限定的方法来实现，其特征在于，在开关元件运动到第三位置时，它从第一或第二位置缩回或运动到开关元件和导体以及接地元件之间的介电强度高于只通过所述开关元件的枢转而获得的开关元件在第一和第二位置之间的任何枢转位置上的介电强度。

优选的是，所述第三位置经由开关元件从第一位置枢转超过第二位置或者开关元件的纵向移位或者开关元件的枢转及其纵向移位的组合而获得。

按照优选实施例，开关装置容纳在封装件内，并且开关元件在所述第一、第二和第三位置之间的移位通过连接到所述开关元件的至少一个轴从封装件的外侧进行。

本发明的另外的特征和优点将在优选实施例的随后详细描述中给出。

附图说明

现在将参考附图更加详细地描述本发明的实施例，附图中：

图1是设置有按照本发明的开关装置的开关设备的内部的一部分的侧视图；

图2-图4是按照本发明的开关装置的一部分的侧视图，其中开关元件分别位于第一、第二和第三位置；以及

图5是按照本发明的开关装置的可替代实施例的对应于图2-图4的侧视图。

具体实施方式

图1表示按照本发明的配电开关设备1。开关设备1包括其中容纳多个开关装置3的金属封装件2，只有一个开关装置在附图中示出。附图未示出的开关装置与所示的一个开关装置平联配置，并且因此隐藏在所示一个开关装置之后或者定位在所示一个开关装置前部的平面内而且在附图中未示出。封装件2的壁被多个套管4穿透，每个套管对应于多相系统的每相。各自导体5(附图只示出一个)从每个套管4延伸到各自的开关装置3。在封装件2的外侧，套管4被连接到线缆(未示出)，线缆将开关设备1连接到负载，或者连接到中压或高压配电线。

按照本发明的每个开关装置3包括断路器6，断路器在一端处连接到从专用套管4延伸的导体5上，并且在另一端处连接到开关7。断路器6是真空断续器，虽然在附图中未示出，但是如公知那样，真空断路器具有固定部分和可动部分，其中固定部分连接到导体5，并且可动部分连接到开关。开关7是所谓的安全开关或选择器开关，这种开关本身不适用于断开中压或高压电路，而只是在已经通过断路器进行断路之后将断路器与中压或高压线断开。开关7包括永久连接到断路器6的接触元件8和开关元件9。开关元件可在它将断路器6与延伸穿过开关设备1的所谓母线形成的另一导体10连接以及与地连接的位置或断路器既不连接到母线也不连接到地的打开位置之间运动。在此应用中这些位置被限定为第一、第二和第三位置。在开关设备的操作过程中为何使用这些位置的原因对于本领域的普通技术人员是公知的，并因此将不在这里进一步描述。

应该理解，开关设备可包括多个开关设备或单元，例如上面描述的那些。对于每个相，具有公共的母线，如前面限定的在单元之间延伸的导体10。封装件可以对于多个开关设备/单元来说是公共的或可以不是。封装件可填充优选是加压的电绝缘气体或气体混合物。也可以设想填充空气的封装件。

开关7的第一实施例在图2-图4中示出。开关装置包括附接有开关元件9的轴11。轴11对于所述的三相开关设备的并联三个开关7来说是公共的。轴11延伸穿过封装件2的壁，并且从封装件2外侧操纵。母线10在由封装件2限定的隔室的上部内水平延伸，并且在母线的高度之下在封装件2的内壁上提供接地元件12。

图2示出了位于所述第一位置上的装置，在第一位置上，开关元件9的第一端部13与接触元件8物理和电接触，并且开关元件的第二端部14与母线10物理和电接触。在其纵向上细长的开关元件9通常从其转动轴线朝着母线10垂直指向。

图3示出了位于通过开关元件9枢转大约90°而获得的第二位置上的同一装置。第二端部14现在与接地元件12物理和电接触。由于接触元件8的设计以及第一端部在第一和第二位置之间所覆盖的角度范围内在接触元件12上滑动的事实，开关元件9的第一端部13仍与接触元件8接触。

图4示出了位于第三位置上的装置。这里第三位置是经由开关元件9从第一位置进一步枢转超过第二位置而获得。为了获得该装置的介电强度的改善，即开关元件和导体以及接地元件之间的介电强度高于只通过所述开关元件的枢转而获得的开关元件在第一和第二位置之间的任何枢转位置上的介电强度，开关元件必须枢转超过第二位置一定角度距离。此距离会根据情况而不同，但是作为惯例，相对于第一位置的枢转角度大于第一和第二位置之间的枢转角度的1.5倍。

图5示出了本发明的开关装置的第二实施例。此实施例不同于图2-图4所示的一个主要方面在于它包括齿条和小齿轮15，开关元件16通过齿条和小齿轮可横过转动轴线纵向移位，即横过它绕其枢转的轴线。如同前面的实施例，该装置包括附接有开关元件16的第一轴17。但是在这种情况下，开关元件相对于第一轴17可滑动保持以使其相对于所述第一轴17纵向移位。第二轴18与第一轴17同轴，延伸穿过第一轴17的中心，并且设置有接合设置在开关元件16上的齿条20的齿19或小齿轮。类似于第一轴17，第二轴18延伸离开封装件2，并且可从封装件外侧操纵。通过设置由第二轴18和开关元件的齿条20形成的齿条和小齿轮15，可以实现多种不同的可替代的第三位置。优选的是，为了在通过纵向移位而过渡到第三位置时使得开关元件17的第一端部与接触元件8物理和电断开，这些部件之间的接触表面应该在横过移位方向的方向上具有一个部件，使得这些表面在开关元件17在朝着第三位置的方向上纵向移位时被分开。

Claims (13)

1.一种开关装置(3)，包括：

-电导体(10)；

-开关(7)；以及

-经由所述开关可连接到所述导体(10)的断路器(6)；

-所述开关(7)包括可围绕转动轴线枢转到第一位置和第二位置的开关元件(9，16)，在第一位置上，所述开关元件的第一端部(13)电连接到断路器(6)，并且所述开关元件的第二端部(14)电连接到电导体(10)，在第二位置上，其所述第二端部(14)与导体(10)断开，并连接到接地元件(12)，其中开关元件(9，16)还能运动到第三位置，在第三位置上，它从导体(10)和接地元件(12)断开，

其特征在于，所述开关元件(9，16)可相对于其转动轴线移位，

所述第三位置是开关元件(9，16)和导体(10)以及接地元件(12)之间的介电强度高于只通过所述开关元件(9，16)枢转而获得的开关元件(9，16)在第一和第二位置之间的任何枢转位置上的介电强度的位置，并且

所述第三位置是经由开关元件(9，16)从第一位置枢转超过第二位置或者经由开关元件(9，16)的纵向移位、或者开关元件(9，16)的枢转及其纵向移位的组合而获得的位置。

2.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，在第三位置上，开关元件和接地元件之间的距离大于只通过开关元件枢转到导体和接地元件之间的位置而获得的最佳介电强度的位置上的距离。

3.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述开关元件(9，16)可在与其转动轴线的方向横向的方向上移位。

4.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，在所述第三位置上，所述开关元件(9，16)相对于所述转动轴线移位。

5.如权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，它包括与所述转动轴线同轴延伸的轴(11)，其中开关元件(9，16)被连接到所述轴并且经由所述轴的转动而枢转。

6.如权利要求5所述的开关装置，其特征在于，它包括用于开关元件(9，16)相对于所述轴(11)移位的装置(18，19，20)。

7.如权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，在所述第三位置上，开关元件(9，16)与断路器(6)电断开。

8.如权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，开关元件(9，16)形成闸刀。

9.如权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，所述断路器(6)包括真空断续器。

10.如权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，在开关元件(9，16)的所述第一、第二和第三位置的每个位置上，导体(10)被配置成承载中压或高压。

11.一种配电开关设备，其特征在于，它包括如权利要求1-10任一项所述的开关装置。

12.一种操作开关装置的方法，其中所述装置包括：

-电导体(10)；

-开关；以及

-经由所述开关可连接到所述导体(10)的断路器(6)；

-所述开关包括可围绕转动轴线枢转到第一位置和第二位置的开关元件(9，16)，在第一位置上，其第一端部(13)电连接到断路器(6)，并且其第二端部(14)电连接到电导体(10)，在第二位置上，其所述第二端部(14)与导体(10)断开，并连接到接地元件(12)，其中开关元件(9，16)也可运动到第三位置，在第三位置上，它从导体(10)和接地元件(12)断开，

其特征在于，在开关元件(9，16)运动到第三位置时，它从第一或第二位置缩回或运动到开关元件(9，16)和导体(10)以及接地元件(12)之间的介电强度高于只通过所述开关元件(9，16)枢转而获得的开关元件(9，16)在第一和第二位置之间的任何枢转位置上的介电强度的位置，并且

所述第三位置是经由开关元件(9，16)的纵向移位、或者开关元件(9，16)的枢转及其纵向移位的组合而获得的。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，开关装置容纳在封闭件内，并且开关元件(9，16)在所述第一、第二和第三位置之间的移位通过连接到所述开关元件(9，16)的至少一个轴从封闭件的外侧进行。