CN102227797B - 两侧设有固定轨道式接线端子的真空开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空开关(1)，它包括真空室(2)，其中存在真空和安装开关触点，开关触点有一个与真空室(2)固定连接与固定触头接线端子电接触的固定触头和一个可相对于固定触头运动导引的运动触头，它在分离位置设在与固定触头有距离的地方以及在接触位置与固定触头触点接通、产生驱动运动的驱动装置(7)、与驱动装置(7)和运动触头连接的开关机构(4)，它有一个一直延伸到运动触头导电的导体段、以及连接装置，它们在接触位置将运动触头接线端子(13)与运动触头导电连接。为了提供结构紧凑和不复杂的真空开关(1)，以及尤其在接通速度高时，在真空开关的接线端子之间提供有高载流容量可靠的电流路径，建议，连接装置有一个夹紧触点(16、17)，它有一个与开关机构(4)导体段连接的插入夹紧触头(16)和一个与真空室(2)固定连接和与运动触头接线端子(13)电连接的对向夹紧触头(17)，它们彼此设置为，使插入夹紧触头(16)基于驱动运动与对向夹紧触头(17)导电地夹紧。

Description

两侧设有固定轨道式接线端子的真空开关

本发明涉及一种真空开关，它包括真空室，其中存在真空和安装开关触点，开关触点有一个与真空室固定连接并与固定触头接线端子电接触的固定触头和一个可相对于固定触头运动导引的运动触头，它在分离位置设在与固定触头有距离的地方以及在接触位置与固定触头触点接通，该真空开关还包括产生驱动运动的驱动装置和与该驱动装置和运动触头连接的开关机构以及连接装置，其中，所述开关机构有一个一直延伸到运动触头导电的导体段，所述连接装置在接触位置将运动触头接线端子与运动触头导电连接。

在实际工作中已知这种真空开关。真空开关尤其应用于中压，亦即在1kV与52kV之间的电压范围内。在这种电压范围内，尤其在大功率开关的情况下，也会出现在开关触点分离时触发的电弧。为了在电流过零时熄灭电弧，将开关触点装在其中存在真空的真空室内。按现有技术，通常设置与真空室固定连接的固定触头和可相对于它运动导引的运动触头。运动触头不仅可以设计为可回转的开关闸刀，也可以设计为位移触点，它与固定触头沿纵向对置以及可沿此纵向运动导引。为了使运动触头能沿纵向运动和与此同时又能与真空室真空密封地连接，采用金属制的波纹盒，它一方面与真空室以及另一方面与运动触头连接。真空开关的驱动运动由驱动装置产生，它例如设计为弹簧储能驱动器或磁力驱动器。由驱动装置产生的驱动运动通过开关机构传给运动触头。开关机构包括所谓开关杆，它有一个朝运动触头方向延伸的导电段。为了使开关杆的这一导电段与运动触头接线端子导电连接，采用连接装置，按现有技术，连接装置设计为滑动触点、带式触点或滚动触点。通常使用带式触点，它有一个柔性的导电段，以允许开关杆运动。在真空开关的接触位置，电流从固定触头接线端子经固定触头、运动触头、开关杆导电段以及柔性连接装置，流向运动触头接线端子。然而，所述柔性连接装置带来的缺点是，它相对于电流路径的其他部分有较低的载流容量，从而尤其在大短路电流时导致对于许多应用情况不再能容忍的大电阻。此外，在高开关速度时柔性连接装置需要复杂的连接技术，因为在快速开关时导致大的摩擦或弯曲力。最后，柔性连接装置体积大。

由现有技术还已知圆锥触点。按现有技术在有两个接触装置的开关中使用锥形触点。在接通开关时，例如首先闭合锥形触点，所以在锥形触点上形成预期的电弧。第二接触装置滞后于首先闭合的接触装置，所以它可以无电弧闭合。当两个接触装置均已闭合时，基于其有更高的电导率，电流流过此滞后的第二接触装置。在这种情况下避免由于电弧损坏第二接触机构。

本发明的目的是，提供一种前言所述类型的真空开关，它结构紧凑并且不复杂，以及尤其在接通速度高时，在真空开关的接线端子之间提供有高载流容量的可靠的电流路径。

本发明为达到此目的采取的措施是，连接装置有一个夹紧触点，它有一个与开关机构导体段连接的插入夹紧触头和一个与真空室固定连接并与运动触头接线端子导电连接的对向夹紧触头，它们彼此设置为，使插入夹紧触头基于驱动运动与对向夹紧触头导电地夹紧。

按本发明提供一种真空开关，它取代普通的连接装置有一个夹紧触点。基于所述的夹紧触点，可以制备一种仅设有固定轨道的真空开关。因此这种开关机构没有那些在开关触点快速闭合时会发生机械问题的柔性导体段、滚动或滑动触点。因此按本发明可以快速闭合真空开关。

此外这种真空开关结构紧凑，以及也可以没有困难地在小的安装空间内使用。按本发明，夹紧触点有两个触头。夹紧触点的对向夹紧触头在机械上与运动触头接线端子固定连接，并因而设置为位置固定不动。夹紧触点的第二触头，亦即插入夹紧触头，固定安装在开关机构上，此时在导电的导体段与插入夹紧触头之间提供导电连接。以此方式，运动触头也与插入夹紧触头导电连接。最后，由于在开关机构中引入开关运动，导致插入夹紧触头与对向夹紧触头之间导电连接，并因而导致运动触头与运动触头接线端子之间导电连接。按本发明免去柔性连接装置。

有利地，在真空开关闭合时，夹紧触点在时间上超前于开关触点。按这种有利的进一步发展，保证在真空室外部不形成电弧。相宜地，插入夹紧触头与开关机构连接为，在夹紧触点的触头夹紧时使运动触头制动。因此按本发明的这种恰当的进一步发展，在固定触头上的冲击不那么激烈。

按本发明一项优选的设计，驱动装置有烟火技术动力元件和一个用于触发烟火技术动力元件的点燃电路。烟火技术动力元件能够特别迅速地闭合真空开关。此外，通过点燃烟火技术动力元件可以产生大的接通力和引起运动触头猛烈的冲击运动。在本发明的框架内还可以基于所述高的冲击力导致楔紧开关触头。因此这种真空开关只能开关一次和接着必须更换。

按一种与之相关的恰当的进一步发展，烟火技术驱动装置有一个移动元件，基于触发它爆发式移动一个距离。开关机构设计为沿纵向延伸并与移动元件连接的开关杆，其中移动元件设计为将运动触头固定在其分离位置，直至触发烟火技术动力元件。换句话说，运动触头固定在伸入真空室内的开关杆端部。在这里运动触头沿开关杆也沿此方向延伸的纵向与固定触头对置。烟火技术驱动装置定位在开关杆背对运动触头的那一端，以及开关杆与移动元件机械连接，移动元件设计为销子状和与开关杆对齐地布置。烟火技术驱动装置定向为，当点燃烟火技术动力元件时，移动元件沿纵向推移到固定触头上。基于移动元件与运动触头之间的刚性连接，从而导致运动触头朝固定触头的方向移动。与此同时将插入夹紧触头压入对向夹紧触头内，由此使真空开关接线端子之间的电流路径闭合。在烟火技术动力元件点燃前，移动元件提供一个对抗开关触点闭合的固持力。基于真空室内部与外部大气的压力差，造成一个持续的闭合力，它将运动触头推向固定触头。移动元件的固持力与之相对抗。

按一种与之相关的恰当的进一步发展，设定位装置，用于调整移动元件的空间位置并因而调整运动触头相对于固定触头的距离。这些定位装置例如是简单的定位螺钉，借助它们可以改变烟火技术驱动装置并因而移动元件在一个公共的固定支架内的位置。

按一项优选的设计，夹紧触点是一种圆锥触点，它包括一个锥形夹紧触头和一个与之形状互补的对向夹紧触头。所述锥形夹紧触头例如是一个安装在圆柱形开关杆上的环，环的外圆周逆开关运动方向持续增大，从而在横截面内提供一个楔形的夹紧触头，开关杆通过其同心的空腔延伸。按一项优选的设计，夹紧触头松弛地安装在开关杆上，以及在开关接通时，导致在开关杆上插入夹紧触头的夹紧配合。但也可以与之不同，插入夹紧触头与开关杆固定连接，例如通过胶粘剂、焊接、螺钉或热压配合。

按一种有利的进一步发展，夹紧触头在分离位置已经松松地贴靠对向夹紧触头。以此方式保证，在任何情况下夹紧触头均在时间上超前于开关触点。

有利地，固定触头由一个穿过真空室壁的接触杆固定，该接触杆在真空室外部与支承真空开关的固定装置至少机械连接以及与接触装置至少导电连接，接触装置与固定触头接线端子导电连接，以及固定装置从固定触头出发看连接在接触装置下游。按这种有利的进一步发展避免了要不然能观察到的电涡流。

本发明还涉及一种变换电流或电压的变换器阀，包括一个由双极式子模块组成的串联电路，其中，每个子模块有至少一个蓄能器和一个功率半导体电路，借助后者可以在配属的子模块接头上产生蓄能器释放的电压或零电压，以及，为每个子模块配设桥接装置，用于在发生故障的情况下跨接子模块。

这种变换器阀在多电平变换器(Multi-Level-Umrichter)这一技术概念中是已知的。这些变换器阀尤其可成功地使用在输配电领域，从而导致对这种变换器阀日益增长的需求。在串联电路的子模块之一发生故障的情况下，迅速跨接这个子模块具有重要意义，由此可以借助其余子模块使变换器阀继续工作。

因此本发明的目的还要提供一种变换器阀，它能安全、可靠和快速跨接。

本发明通过桥接装置达到此目的，所述桥接装置有一个按照上述类型的真空开关。

将用于在每个子模块的接线端子上产生电压的功率半导体电路恰当地设计为，使产生的电压与蓄能器释放的电压反相。换句话说，通过功率半导体电路不仅可以产生在蓄能器，例如电容器上释放的电压，而且可以造成与之反相的电压。为此的前提条件是，蓄能器和功率半导体电路构成一个所谓全桥式电路，它也可称为H-桥。但在本发明的框架内也可以与之不同，设计为半桥式电路。

本发明其他恰当的设计和优点是下面参见附图说明的本发明实施例的技术主题，其中：

图1表示按本发明的真空开关的一个实施例的横截面图。

图1用横截面表示按本发明的真空开关1的一种实施例。真空开关1在真空室2内有一个在图中未表示的开关触点。真空开关室2有一个陶瓷管，它在触点之间延伸并起绝缘子的作用。一个固定触销3伸入真空室2内，它在其装在真空室2内的端部支承着图中看不到的固定触头。由开关杆4自由端支承的运动触头沿纵向与固定触头对置，开关杆4构成真空开关1的开关机构。在其背对运动触头的端部5，开关杆4与一个烟火技术驱动装置7的移动元件6固定连接。图中未表示的固定支架用于固定烟火技术驱动装置7。用附图标记8示意表示控制装置的分析电路。一个支承板18用于真空开关极头的机械连接，它在极头之间延伸以及用绝缘材料、例如玻璃纤维增强的塑料制成。此外，真空室2和固定触销3通过固定装置9同样相对于支承构架8位置固定地设置。此外，接触装置10保证固定触销3并因而固定触头与固定触头接线端子11导电连接。

在图示的实施例中开关杆4设计为完全导电。夹紧触点12用于开关杆4并因而图中未表示的运动触头与设有固定轨道的运动触头接线端子13导电连接。一个仅示意表示的金属波纹盒14用于开关杆4可纵向运动地并与此同时与真空室2真空密封地连接。夹紧触点12包括一个插入夹紧触头16和一个与之形状互补的对向夹紧触头17。插入夹紧触头16设计为圆锥形，所以它在表示的横截面图中呈楔子状。

图1表示的真空室2用于跨接变换器阀的一个子模块，变换器阀有一个由同样结构的多个双极式子模块组成的串联电路。在一个子模块发生故障的情况下，导致在该子模块出现大的短路电流并因而形成电弧。为了避免这种电弧和为了借助未损坏的子模块维持变换器的工作，闭合真空开关1。为此，通过图中未表示的在平行于真空开关1设置的子模块中的传感器首先检测短路电流。除了流入子模块内的电流外，也可以测量电压并供给已提及的控制装置。若满足事先在控制装置内规定的短路准则，控制装置便向烟火技术动力元件7发送点燃信号。它导致移动元件6并因而开关杆4爆发式移动。在这里，开关杆4沿箭头15的方向，亦即沿纵向移动。基于开关运动，还导致插入夹紧触头与对向夹紧触头牢固夹紧，在这种情况下提供导电接触。当运动触头与固定触头触点接通时，固定触头接线端子11与运动触头接线端子13之间的电流路径闭合。

Claims (10)

1.一种真空开关(1)，包括：

-真空室(2)，其中存在真空并安装有开关触点，开关触点有一个与真空室(2)固定连接的固定触头和一个可相对于固定触头运动导引的运动触头，其中，该固定触头与固定触头接线端子电接触，而运动触头则在分离位置设在与固定触头有距离的地方以及在接触位置与固定触头触点接通，

-产生驱动运动的驱动装置(7)，

-与驱动装置(7)和运动触头连接的开关机构(4)，它有一个一直延伸到运动触头的导电的导体段，以及

-连接装置，它们在接触位置将运动触头接线端子(13)与运动触头导电连接，

其特征为：所述连接装置有一个夹紧触点(16、17)，该夹紧触点有一个与开关机构(4)导体段连接的插入夹紧触头(16)和一个与真空室(2)固定连接并与运动触头接线端子(13)导电连接的对向夹紧触头(17)，它们彼此设置为，使插入夹紧触头(16)基于驱动运动与对向夹紧触头(17)导电地夹紧，其中，所述夹紧触点的对向夹紧触头设置为位置固定不动。

2.按照权利要求1所述的真空开关(1)，其特征为，在真空开关(1)闭合时，夹紧触点(16、17)在时间上超前于开关触点。

3.按照权利要求1或2所述的真空开关(1)，其特征为，所述驱动装置有烟火技术动力元件(7)和一个用于触发烟火技术动力元件(7)的点燃电路。

4.按照权利要求3所述的真空开关(1)，其特征为，所述烟火技术驱动装置有一个移动元件(6)，基于触发它爆发式移动一个距离；以及，所述开关机构设计为沿纵向延伸并与移动元件(6)连接的开关杆(4)，其中，所述移动元件(6)设计为将运动触头固定在其分离位置，直至触发烟火技术动力元件(7)。

5.按照权利要求4所述的真空开关(1)，其特征在于具有定位装置，用于调整移动元件(6)的空间位置并因而调整运动触头相对于固定触头的距离。

6.按照权利要求1或2所述的真空开关(1)，其特征为，所述夹紧触点(16、17)是一种圆锥触点，以及包括一个锥形夹紧触头(16)和一个与之形状互补的对向夹紧触头(17)。

7.按照权利要求1或2所述的真空开关(1)，其特征为，所述夹紧触头(16)在分离位置时就已松松地贴靠对向夹紧触头(17)。

8.按照权利要求1或2所述的真空开关(1)，其特征为，所述固定触头由一个穿过真空室(2)壁的固定触销(3)固定，该固定触销(3)在真空室外部与支承真空开关(1)的固定装置(9)至少机械连接以及与接触装置(10)至少导电连接，接触装置(10)与固定触头接线端子(11)导电连接，以及固定装置(9)从固定触头出发看连接在接触装置(10)之后。

9.一种变换电流或电压的变换器阀，包括一个由双极式子模块组成的串联电路，其中，每个子模块有至少一个蓄能器和一个功率半导体电路，借助该功率半导体电路可以在配属的子模块接头上产生蓄能器释放的电压或零电压，以及为每个子模块配设桥接装置，用于在发生故障的情况下跨接子模块，其特征为：所述桥接装置有一个按照前列诸权利要求之一所述的真空开关(1)。

10.按照权利要求9所述的变换器阀，其特征为，将用于在每个子模块的接线端子上产生电压的功率半导体电路设计为，使产生的电压与蓄能器释放的电压反相。