CN101796604A - 具有短路系统的低压、中压或高压开关设备组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配备如专利权利要求1的前序部分中所述的短路系统的低压、中压或高压开关设备组件。在这种情况下为了允许以物理上简单的手段快速切换，本发明提出：短路设备被设置在真空断路器室中，并且其中放置固定接触件的真空区域通过配备薄弱断裂线的膜被细分，并且所述膜可以在切换期间被移动活塞系统穿透到接触件。

Description

具有短路系统的低压、中压或高压开关设备组件

技术领域

本发明涉及如专利权利要求1的前序部分中所述的具有短路系统的低压、中压和高压开关设备组件(switchgear assembly)。

背景技术

低压、中压和高压开关设备组件具有分布能量流和确保安全操作的任务。在可能性很小的内部故障(故障电弧)的情况下，也必须确保装置安全和人身安全。由于其温度，在开关设备组件内出现的故障电弧在几毫秒的时间段内产生急剧的气体压力上升，并且这可能导致开关设备组件被爆炸所破坏。因此，采取措施以便尽可能快地耗散压力。此外，期望把电弧故障限制在相关区域，并且决不能危及操作者。

通过适当的设计，例如，通过开关面板的内部细分(分隔成区)，可以大大地限制电弧的生成。出于这个目的，开关设备组件的各个开关面板具有压力释放开口或者压力释放通道，气体可以通过所述开口或者通道流出进入周围区域。因此，可以主要通过减小电弧持续时间来限制故障电弧的影响。

这可以借助于适当的传感器来实现，这些传感器对光、温度或者压力起反应，并释放上游的电路断路器，一般是馈电开关。这导致40毫秒到80毫秒的电弧时间(在气体大气或者细分部分(即分隔区(封装))内的某种其他绝缘气体中或者在固体(边界层)中燃烧的故障电弧)。这具有最大机械负荷正好在大约10毫秒后出现并且只有热负荷被减小的缺点。这使得开关设备组件、封装或者固体绝缘系统设计的总体上坚固并且昂贵的结构成为必要。

为了即使在压力上升时克服内部故障(故障电弧)，要求一种在几毫秒内切换的切换设备(switching device)-所谓的短路系统。排他地，三相短路设备，例如在空气或者SF6中切换的这些已知的设备。在任何情况下，切换速率和隔离能力由于重复切换时的高浪涌电流而降低。与之相比，当使用真空断路器室(vacuum interrupter chamber)时，随着切换操作数量增加，这些电气特性几乎保持不变。

在现有技术中，存在一系列与此有关的解决方案。

DE 199 21 173 A1公开了一种基于“切换真空断路器室”或者“触发真空间隙”的原理的短路系统，它在每一个单独相中或者相之间包含真空断路器室。

DE 199 16 329 Al公开了一种用于故障电弧保护装置的短路设备，供在具有气体发生器和短路活塞的用于分布电功率的装置中使用，短路活塞直接被气体发生器驱动，用于将轨道连接到连接轨的电气连接，期望连接轨是紧凑的，具有良好的活塞导向，并适于使用气体发生器。这得以实现，因为短路活塞被引导和保持在连接轨中，并因为气体发生器被嵌入保持部分中，所述保持部分具有初始体积，由绝缘材料构成，并直接附着于连接轨。

DE 197 468 15 Al公开了类似的供在具有气体发生器的用于分布电功率的装置中使用的故障电弧保护装置，其中，由气体发生器驱动的短路活塞执行最佳的突然移动，并同时被针对运输固定，与制造容差无关，具有可靠地安装气体发生器的进一步目的。这得以实现，因为短路活塞配备至少一个O型环作为密封，并因为短路活塞的上表面在未释放状态下平置于压力膜上，使得在未释放状态下活塞移动的情况下将生成真空，并将把短路活塞移动回其息止位置。

所引用的第二和第三现有技术文献对于中压开关设备组件具有下列缺点。结合上游电路断路器，已知的短路设备切换得太慢。由于其三相设计，它们一般在技术上也太复杂和昂贵。在切换过程期间，这些短路设备把所有三相中的或者各相之间的先前带电的电流路径连接到地。这进而要求紧凑、复杂的接地电流路径来在较短时间承载通常较高的故障电流。此外，在设备的整个寿命期间，电流导致切换速率和隔离能力下降。

因此，本发明基于克服所描述的缺点并允许以物理上简单的手段快速切换的目的。

发明内容

通过专利权利要求1的特征，针对这种一般类型的中压开关设备组件实现了所述目的。

在从属权利要求中规定了进一步的有益改进。

在这种情况下本发明的本质是将短路设备设置在真空断路器室中，并且其中放置固定接触件的真空区域被通过膜细分，所述膜具有薄弱断裂线。移动接触件(插头或者插座形式，同样地设置在切换室的真空中)上方的适当设计的活塞将在切换期间在薄弱点区域穿透所述膜，把该单元沿着固定接触件的方向移动。因此，在移动接触件上，根本不需要本来一般要求的膜盒(bellow)。根据发明目的，现在仅需的穿透运动导致更好的动力学性能，因而导致更快的切换。

在一个有益的改进中，在切换期间移动的接触件在未工作状态下设置在末端，穿过形成真空紧密密封的膜。

进一步的有益改进允许把移动接触件螺纹连接、焊接或者钎焊到所述膜。因此，上部圆筒区域以真空紧密方式从下部真空区域分隔。

在进一步的有益改进中，移动接触件被连接到活塞-圆筒结构，它可以被气体发生器作用，并且其中在工作期间穿过薄弱点的切割刃设置在活塞的下表面上，处于在膜的薄弱断裂线前面不远的水平。这导致比利用其他一般的膜盒的气密分离(gas-tight disconnection)更好的动力学性能。

在进一步的有益改进中，活塞由导电材料构成，并与移动接触件形成导电连接，并且环形滑动接触件被设置在活塞工作表面(runningsurface)上。这导致以简单的方式利用移动接触件有效地驱动电接触。

在进一步的有益改进中，气体发生器采用具有化学推进剂装填物(chemical propellant charge)的药筒(cartridge)的形式，它可以被插入并通过螺纹连接固定，螺纹连接可以在适当点处装配到切换室的外壳。因此，推进剂装填物随后可以被使用，或者，如果需要，可以在一定时间后被更换。螺纹连接也提供了一种机械过载保护的形式。

包含活塞-圆筒结构的短路设备的上部由金属材料构成也是有益的，并且短路设备的下部包含由绝缘体构成的真空断路器室也是有益的。

此外，真空断路器室或者其电介质材料由陶瓷材料构成。

在进一步的有益改进中，移动接触件的末端具有外圆锥，并且固定接触件具有与所述外圆锥互补的内圆锥。这导致在故意的短路期间可靠地接触。

在最后的有益改进中，圆锥的侧面(flank)成一定角度，以便在切换期间，一旦外圆锥进入内圆锥就出现机械自锁。因此，随后仍保持以这种方式形成的短路，因而在可能的情况下避免了跳动(bouncing)，即接触件跳开。

在这种情况下，根据本发明的短路设备设置在包含一个或更多个开关面板的低压、中压或高压开关设备组件中，直接位于馈电路径中。在切换过程期间(在故障情况下)，其因此把相“短路”，使得与馈电开关并联的电路闭合，并且已在伸出面板(outgoer panel)中生成的任何电弧被无延迟地熄灭。

应该强调，短路设备可以只包含“一个三相”结构，或“多个单独的”真空断路器室。如果单独的多个(例如它们中的三个)真空断路器室星形连接，则星点可以接地。当接地时，在开关设备组件内要求更复杂的接地电流路径。在整个寿命期间，使用真空技术确保恒定的功能，而不管电流如何。

电弧时间的巨大减少，即在故障情况下开关设备组件内的机械和热负荷的可观减少，使得能够开发和制造费用低廉、紧凑的开关面板和部件。本发明在用于“基本和次级分布”的空气绝缘或者气体绝缘的低压、中压或高压开关设备组件中使用。

本发明将在下列文字中更详细地描述，并参考一个示范性实施例在附图中示出。

附图说明

在附图中：

图1示出了短路设备的一个示范性实施例，

图2示出了三相电源系统中的多相配置，

图3在各种情况下示出了三相电源系统中的单相配置。

具体实施方式

图1示出了本发明的一个示范性实施例。

在这种情况下，将在闭合或开路的开关设备组件中描述用于熄灭故障电弧的所示短路设备，所述开关设备组件在故障情况下把三相(R、Y和B)相互短路，具体来说是基于利用“两个”真空断路器室或者“一个”真空断路器室的相之间(R、Y；Y、B)的相短路。当出现故障时(在本例子中是故障电弧)，例如，如图1中所示的两个这样的真空断路器室或者“三相”真空断路器室闭合，因此电流从故障电弧传递到真空断路器室。这通过使用气体发生器1实现，它可以采用设置在真空断路器室一侧上的爆炸套筒(explosive sleeve)的形式，并且，在被触发后，通过活塞2沿着固定接触件8的方向加速移动接触件7。对于该单元已被连接(短路)以后两个导体的固定连接，这两个导体接触件(切换接触件和固定接触件)一方面被圆锥形地设计，另一方面是漏斗(tulip)的形式，以便在连接后出现所谓的“自锁”，并且两个部件仍处于闭合状态。在连接状态下，无需永久性地施加任何接触力。

如果短路设备只包含“一个”真空断路器室，则这个真空断路器室包含三个相(R、Y和B)的导体，对应于星形结构。但是，在这种结构中，星点不能接地。设备被设计成使得两个导体永久安装在真空断路器室中，并且一个导体和这两个导体“正交”(成直角)，并被设计成使得其可以移动。移动导体被爆炸套筒沿着两个其他导体的方向加速(在其爆炸后)，并在设备中导致三相短路。这个真空断路器室也包含在短路之后仍处于用于自锁的连接(短路)位置的接触件。进一步的选项是在三相之间设置两个真空短路设备，允许在切换后在导体之间产生短路。如果真空短路设备被相互连接，则来自中间相(在这个例子中是Y相)的两个活塞可以被相对于R和B相启动。这避免了短路设备外部的任何反作用力。

图1在这个例子中详细地示出了短路设备在顶部配备活塞-圆筒结构，其在工作期间移动移动接触件7，并且，在下面，将固定接触件8放置在真空6中的地方，提供了真空室，具有陶瓷绝缘9，即陶瓷壁。

这两个区域被所述膜15相互分离。在这种情况下，膜以真空紧密方式焊接、螺纹连接、或者钎焊到移动接触件7。膜15具有薄弱断裂线(薄弱点)12，它在工作时被活塞2自身穿透，或者被设置在活塞2底部的切割刃13穿透。圆筒区域在压力区域中形成，在这个例子中是抗压力封盖3的形式，其中，活塞2现在与用于移动接触件7的移动供电线5一起被加速到真空室6中。隔离器9在两个导体之间提供隔离。在这个过程期间，7和8之间的接触点非常快地闭合。移动接触件7的供电线接触件具有适当的圆锥形状，以便在连接(接触件闭合)之后，接触件利用机械自锁可靠地锁定在连接位置中。电流利用活塞上的环形滑动接触件在移动接触件侧上传送。

单相短路设备-真空断路器室(VK)9可以在三个导体R、Y和Y、B之间切换。也可以为每一相提供真空断路器室9。在这种情况下，作为结果的星点可以被设计成切换开路或者接地。除了具有接触区域8的固定焊入供电线以外，真空断路器室9具有移动供电线5。陶瓷隔离器9提供两个导体之间的隔离。可以如图所示那样设计的活塞2位于真空外部，并在移动供电线5上的膜15上方，具有圆锥形接触区域7。例如爆炸装填物形式的气体发生器1位于活塞2上方，并且只要其不工作，就保持活塞2锁定在上部位置，以使接触件在真空6中保持分开。保持活塞处于这个位置的进一步可能的方式可以由活塞和封盖3之间的线或者杆提供。在故障情况下，在检测(线传感器+电子线路评估单元+启动-＞触发输出)和启动后，导致爆炸装填物1爆炸。在压力区域(在这个例子中是抗压封盖3的形式)中，活塞和移动供电线一起被加速到真空断路器室中。在这个过程期间，接触点被快速地闭合。供电线接触件具有对应的圆锥形状，以便在连接(接触件闭合)后，接触件利用机械自锁可靠地锁定在连接位置中。如这里所示，真空密封可以通过膜盒获得。通过多接触滑动系统，或者通过电流带方案，可以实现移动侧上的电流传输。

图2示出具有三相R、Y、B的循环图。出于保护的目的，它位于短路设备的三相的区域中，短路设备也是可能的，并具有“三相”，并且其连接到三相。如果在相之间或对地出现故障电弧(103)，则电弧例如通过光学手段被检测到，并且通过控制单元(102)导致真空断路器室(100)中的爆炸封装(explosive capsule)或者气体发生器爆炸。一旦接触件已经闭合，则电流被传递到真空断路器室(100)，并且故障电弧(103)被熄灭。

图4示出了具有三相R、Y、B的电路图。出于保护的目的，“单相”短路设备位于三相之间，被如图1中所示那样设计，并连接到相(R、Y；Y、B)。如果在相之间或对地出现故障电弧(103)，则电弧例如通过光学手段被检测到，并且通过控制单元(102)导致真空断路器室(100)中的爆炸封装或者气体发生器爆炸。一旦接触件已经闭合，则电流被传递到真空断路器室(100)，并且故障电弧(103)被熄灭。

参考符号

1气体发生器、爆炸封装

2活塞

3封盖

4-

5供电线

6真空

7移动接触件

8固定接触件

9隔离器

10到固定接触件的连接

11滑动接触

12薄弱断裂线

13切割刃

14螺纹连接

15膜

101真空断路器室

102控制单元

103故障电弧

Claims (11)

1.一种具有至少一个短路设备的低压、中压或者高压开关设备组件，在短路设备中移动接触件能够利用推进剂装填物或者气体发生器闭合到固定接触件上；

其中

短路设备设置在真空断路器室中，并且其中放置固定接触件的真空区域通过具有膜的封盖被细分，所述膜设置有薄弱断裂线并且能够在切换期间被移动接触件穿透。

2.如权利要求1所述的中压开关设备组件，

其中

当处于未工作状态时，移动接触件设置在末端，穿过形成真空紧密密封的膜。

3.如权利要求1或2所述的中压开关设备组件，

其中

移动接触件被焊接、螺纹连接或者钎焊到所述膜。

4.如权利要求1、2或3所述的中压开关设备组件，

其中

移动接触件被连接到活塞-圆筒结构，该结构能够被气体发生器作用，并且其中，在工作期间穿过薄弱点的切割刃被设置在活塞的下表面上，处于所述膜的薄弱断裂线前面不远的水平。

5.如前述权利要求其中之一所述的中压开关设备组件，

其中

活塞由导电材料构成，并与移动接触件形成导电连接，并且其中，环形滑动接触件被设置在活塞工作表面上。

6.如前述权利要求其中之一所述的中压开关设备组件，

其中

气体发生器采用具有化学推进剂装填物的药筒的形式，它能够被插入并通过螺纹连接固定，该螺纹连接能够在适当点处装配到切换室的外壳。

7.如前述权利要求其中之一所述的中压开关设备组件，

其中

包含活塞-圆筒结构的短路设备的上部由金属材料构成，并且短路设备的下部包含由绝缘体构成的真空断路器室。

8.如权利要求7所述的中压开关设备组件，

其中

真空断路器室或者其电介质材料由陶瓷材料构成。

9.如前述权利要求其中之一所述的中压开关设备组件，

其中

移动接触件的末端设置外圆锥，而固定接触件设置与所述外圆锥互补的内圆锥。

10.如权利要求7所述的中压开关设备组件，

其中

圆锥的侧面成一定角度，以便在切换期间，一旦外圆锥进入内圆锥就出现机械自锁。

11.如前述权利要求其中之一所述的中压开关设备组件，

其中

活塞具有环向槽，环向槽在切换期间起到活塞环作用，并允许活塞和圆筒之间的密封。

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