CN103077846A

CN103077846A - 高压开关装置

Info

Publication number: CN103077846A
Application number: CN2012103234469A
Authority: CN
Inventors: 利塞·东泽尔; 朱迪斯·马罗尔德; 阿列克谢·索科洛夫; 马库斯·阿普拉纳尔普; 达维德·里博尼; 罗伯托·卡梅罗尼
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: Hitachi Energy Co ltd
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2032-09-04
Also published as: CN103077846B; US8847095B2; US20130057083A1; KR101969168B1; KR20130027077A; EP2568493B1; EP2568493A1; JP2013058476A; JP6073090B2

Abstract

提供一种高压开关装置，其包括外壳体和电流中断组件，电流中断组件包括位于外壳体内的至少一个真空腔室、包括位于真空腔室内的第一固定触头和第二固定触头的固定触头组件、分别包括第一可动触头和第二可动触头的第一和第二可动触头组件。单一机构在第一和第二位置之间致动第一和第二可动触头组件，在第一位置，第一和第二可动触头分别与第一和第二固定触头在该至少一个真空腔室内电联接，在第二位置，它们与第一和第二固定触头电分离。第一可动触头组件、第二可动触头组件和致动机构布置成：当从第二位置切换至第一位置时，第一和第二可动触头沿基准轴线朝向彼此运动；当从第二位置切换至第一位置时，第一和第二可动触头沿基准轴线远离彼此运动。

Description

高压开关装置

技术领域

本公开涉及高压开关装置，即，用于具有高于1kV的额定电压的应用的开关装置。

背景技术

如现有技术中周知的，用于传输和/分配电能至各种负载和用户的电网配备有各种开关装置；这种开关装置——典型地为电流断续器或断路器——的主要任务是适当地保护使用它们的电网以及与它们相连的各种负载和设备免于可例如由诸如短路之类的电器故障导致的破坏。

为此，典型的断路器包括中断室，该中断室具有由至少一个固定触头和相应的移动触头构成的电流中断机构；当故障出现时，由适当的致动机构断开断路器，该致动机构使得可动触头与固定触头电分离，因此中断电流流动。在断开过程中，触头的相互分离伴随有两个触头之间的电弧的产生，该电弧应当尽快熄灭。

为了解决该问题，多年来实施了不同的解决方案。最常用的解决方案之一预见到在中断室内使用例如氮气、惰性气体、压缩空气、六氟化硫（SF₆）及其混合物等的气体物质。但是在存在这些物质的情况下，绝对有必要使用用于监控所使用的气体的压力以及用于再添足气体以便保持开关装置的介电性能的装置；此外，必需采用安全系统，以避免和/或指示装置外的任何损失。这样显然影响断路器的构造复杂性以及其总体的可靠性。

此外，这些气体意味着对环境问题的重点关注，特别是关于SF₆和其对于温室效应的影响。

为此原因，制造商已经开发出不同的电流中断技术，其中触电设置在真空的中断室内并在真空的中断室内彼此分离；在实践中，真空中断室围绕密封的空间，在该密封的空间内产生真空环境，触头在真空环境中分离。

遗憾地，单个真空腔室的电气耐压能力（dielectric withstand）相当有限，例如，高达几十kV，并且为了克服这种限制，已经提出在同一开关装置中使用两个或者更多个真空腔室或者真空断路器的各种解决方案。

显然，使用两个或者更多个真空腔室或者真空断路器的这种解决方案一方面使得能够提高装置的总体电气耐压能力，但是从另一方面又引入了其它问题，例如，用以致动各个触头的机构的复杂性、装置的总体尺寸可能变得相当大且笨重、两个或者更多个真空腔室之间的共享电压的平衡问题等等。

例如在美国专利US 5,347,096和US 7,550,691中描述了这种已知的解决方案的示例。

发明内容

尽管已知的解决方案以相当令人满意的方式执行它们的功能，但是仍然存在进一步改进的要求和空间。

这种要求由这样一种高压开关装置满足，其包括：

-外壳体；

-电流中断组件，所述电流中断组件包括定位在所述外壳体内的至少一个真空腔室、包括定位在所述至少一个真空腔室内的第一固定触头和第二固定触头的固定触头组件、分别包括第一可动触头和第二可动触头的第一可动触头组件和第二可动触头组件；

-用于在第一位置与第二位置之间致动所述第一和第二可动触头组件的单一致动机构，在所述第一位置，所述第一可动触头和所述第二可动触头分别与所述第一固定触头和所述第二固定触头在所述至少一个真空腔室内电联接，在所述第二位置，所述第一可动触头和所述第二可动触头分别与所述第一固定触头和所述第二固定触头在所述至少一个真空腔室内电分离，其特征在于，所述固定触头组件置于所述第一和第二可动触头组件之间，并且其中，所述第一可动触头组件、所述第二可动触头组件和所述致动机构布置成：当从所述第二位置切换至所述第一位置时，所述第一可动触头和所述第二可动触头沿基准轴线朝向彼此运动；并且当从所述第二位置切换至所述第一位置时，所述第一可动触头和所述第二可动触头沿所述基准轴线远离彼此运动。

附图说明

从对仅以非限制性示例的方式由附图示出的根据本发明的高电压开关装置的一些优选的但不是排它的示例性实施方式的描述中，其它特征和优点将变得清楚，其中：

图1是示出了处于第一闭合位置的根据本公开的高压开关装置的侧视图；

图2是示出了处于第二断开位置的根据本公开的高压开关装置的侧视图；

图3是用在图1和2的开关装置中的致动机构的各个元件的示意图。

具体实施方式

应当指出，在下文中的详细的说明中，从结构和/功能方面来说等同的或者相似的部件具有相同的附图标记，不管它们是否示出于本公开的不同的实施方式中；还应当指出，为了清楚地且简明地描述本公开，附图不一定是按比例绘制的并且可以在某种程度上以示意性的形式示出本公开的特定特征。

参考附图，由总附图标记100指示的根据本公开的高压开关装置包括外壳体1和由附图标记10指示的电流中断组件。

壳体1可优选为金属包层的壳体，即，其是导电的并且能够连接于地电位，或者可替代地其能够是活槽或套（live tank or casing）。

进一步地，在图1至2的示例性实施方式中，壳体1例如连接于两个套管2，每个套管2容纳相应的导体，例如，棒或杆3；每个棒3连接于对应的端子4，端子4操作性地连接于中断组件10。在实践中，棒3和端子4和它们之间的以及与中断组件10之间的相关的连接允许实现开关装置100与例如外部电力线的输入/输出电连接，电流流动通过中断组件10，这是根据对本领域的技术人员来说周知的或者容易获得的解决方案并且因此在此处不再进行详细的描述。

中断组件10包括：定位在外壳体1内的至少一个真空腔室20；固定触头组件30，该固定触头组件30包括定位在所述至少一个真空腔室20内的第一固定触头31和第二固定触头32；和第一可动触头组件40和第二可动触头组件50，该第一可动触头组件40和第二可动触头组件50分别包括第一可动触头41和第二可动触头51。

开关装置100还包括总体由附图标记60指示的单个致动机构。该机构60是适于在第一位置和第二位置之间致动第一可动触头组件40和第二可动触头组件50的唯一的机构，其中，在第一位置，第一可动触头41和第二可动触头51在所述至少一个真空腔室20内分别与第一固定触头31和第二固定触头32电联接（参见图1；开关装置100处于闭合位置）；在第二位置，第一可动触头41和第二可动触头51在所述至少一个真空腔室20内分别与第一固定触头31和第二固定触头32电分离。在图2中示出了该分离位置，在该位置，开关装置100断开并且电流流动被中断。

具体地，在根据本公开的开关装置100中，固定触头组件30置于第一可动触头组件40和第二可动触头组件50之间；此外，第一可动触头组件40、第二可动触头组件50和致动机构60布置——即，构造和/或相互操作性地关联——成：第一可动触头41和第二可动触头51沿基准轴线101运动，当从图2所图示的第二位置切换至图1的第一位置时，朝向彼此运动，并且当从第二位置（图2所图示的开始位置）切换至图1中图示的第一位置时，远离彼此运动。

优选地，第一可动触头组件40、第二可动触头组件50和致动机构60布置——即，构造和/或相互操作性地关联——成：当在所述两个位置之间运动时，第一可动触头41和第二可动触头51分别沿基准轴线101走过相同的距离D₁、D₂。

如图中示意性地图示的，由马达5——即，电动旋转马达或弹簧操作的马达——供应致动可动触头组件40和50所需的能量。马达5能够定位在壳体1内部，其外部，或如在图1至2的示例性实施方式中所示出的，其能够定位在机箱6内，该机箱6例如在壳体1的端部处机械地连接于壳体1的本体。

马达5能够由已经在市场上可获得的任何适合的马达构成；例如，能够从MotorDrive系列型号MD1.n中选择马达5，比如型号MD1.3，或者由

集团商业化的ESH9或BLK82型。

优选地，如在图1至2中所图示的，当第一可动触头41和第二可动触头51在第一位置分别与第一固定触头31和第二固定触头32电联接时，第一可动触头组件40、第二可动触头组件50和固定触头组件30布置成基本沿第一基准轴线101排列因而它们串联地电连接（参见图1）。

在所图示的示例性实施方式中，第一可动触头组件40包括例如两个主体部分，例如：支撑部分42，该支撑部分42突出于所述至少一个真空腔室20之外并且适于连接至致动机构60；和第二部分43，该第二部分43延伸进入真空腔室20并且在其端部自由部分处包括用于与第一固定触头31配合的触头部分41；

同样地，第二可动触头组件50包括例如两个主体部分，例如：支撑部分52，该支撑部分52突出于所述至少一个真空腔室20之外并且适于连接至致动机构60；和第二部分53，该第二部分53延伸进入真空腔室20并且在其端部自由部分处包括用于与第二固定触头32配合的触头部分51。

根据本领域中周知的或者本领域技术人员无论如何能够容易地获得的解决方案，两个主体部分42、43彼此机械地连接并且两个主体部分52-53也彼此机械地连接，例如，螺纹连接。

依次，在图1至2中图示的示例性实施方式中，固定触头组件30优选地包括至少：第一零件33，该第一零件33包括第一固定触头31；和第二零件34，该第二零件34包括第二固定触头32；第一零件33和第二零件34例如通过螺纹连接而彼此机械地连接，从而形成单一体。

在所图示的示例性实施方式中，开关装置100包括：第一真空腔室21，该第一真空腔室21具有第一背表面23和从该第一背表面23开始延伸的第一主体部25；和第二真空腔室22，该第二真空腔室22具有第二背表面24和从该第二背表面24开始延伸的第二主体部26。如所图示的，第一和第二真空腔室21、22定位成背靠背，它们各自的背表面23、24彼此相邻（或面对），第一主体部25和第二主体部26从各自的第一背表面23和第二背表面24在彼此相反的方向上沿基准轴线101延伸。

根据本示例性实施方式，固定触头组件30放置在这样的区域中：第一背表面23和第二背表面24彼此相邻地设置，其中第一固定触头31延伸到第一真空腔室21中并且第二固定触头32延伸至第二真空腔室22中。第一可动触头41在由第一真空腔室21围绕的真空空间内与第一固定触头31联接/分离；第二可动触头51在由第二真空腔室22围绕的真空空间内与第二固定触头32联接/分离。

可替代地，可以仅使用一个真空腔室20限定唯一的真空内部空间，两对触头41-31和51-32在该真空内部空间内联接/分离；或可以使用关于轴线101横向地定位的隔离壁，并且该隔离壁将腔室20的真空内部空间分成两个分离的半空间，每个半空间用于相应的一对触头31-41、32-51的联接/分离。

有利地，致动机构60适于在使第一和第二可动触头41、51（在两个方向上）在第一位置和第二位置之间运动时基本上同步地致动该第一和第二可动触头41、51。

优选地，致动机构60布置成在第一位置——即，当开关装置100处于闭合状态下时——使第一可动触头41和第二可动触头60自锁。

在上述自锁限定的情况下，如将在下文中描述的，由此意味着机构60通过其各个部件能够呈适于将可动触头保持在第一位置而无需由马达5施加的强制力的总体定位。

在此处所图示的示例性实施方式中，致动机构60包括连接于第一可动触头组件40的第一致动子组件70和连接于第二可动触头组件50的第二致动子组件80。

致动机构60另外包括由例如电绝缘材料制成的第一杆61和第二杆64；该第一杆61定位在外壳体1与所述至少一个真空腔室20或如图1至2所描绘的两个腔室21、22之间，并且将第一致动子组件70与第二致动子组件80机械地相连接。第二杆64将第一杆61与马达5——例如，马达50的轴——操作性地相连接。

在图示的示例性实施方式中，第一致动子组件70包括：例如由电绝缘材料制成的基本上平直的连杆71，该连杆71连接于（图3的点C_l）第一可动触头组件40；以及L形杆72，该L形杆72具有连接于平直连杆71的第一端部（B_l）和连接于第一绝缘杆61的相应端部的第二端部（D_l）。L形杆72在其臂弯部分的点（A_l）处绕横向于所述基准轴线101的轴线62枢转地安装。这种安装能够例如直接在壳体1的内表面上或在连接于该内表面的零件上实现。依次地，第二致动子组件80包括：例如由电绝缘材料制成的基本上平直的连杆81，该连杆81连接于（图3的点C_r）可动触头组件50；以及L形杆82，该L形杆82具有连接于平直连杆81的第一端部（B_r）和连接于第一绝缘杆61的相应端部的第二端部（D_r）。L形杆82也在其臂弯部分的点（A_r）处绕横向于所述基准轴线101的轴线63枢转地安装。同样，该安装能够例如直接在壳体1的内表面上或在连接于该内表面的零件上实现。

在实践中，当必须断开或者闭合开关装置100时，例如电动旋转马达形式的马达5顺时针或者逆时针旋转，从而通过第二杆64将该运动传输至机构60的其它部件并且因此传输至可动触头41、51。例如，从图2的断开位置开始，马达5逆时针地旋转并且拉动第二杆64，该第二杆64依次拉动杆61。杆61将该运动传输至L形杆72、82，L形杠72、82绕它们相应的轴线62、63旋转并且使对应的连杆71、81分别推动对应的可动触头组件40和50。以这种方式，可动触头41、51沿基准轴线101朝向彼此滑动，直至它们分别与相应的固定触头31、32接触（图1的位置）。在这种状态下，致动机构60的各个部件的相互定位是使得能够在不需要具有由马达5所施加的偏置力的情况下将触头保持在触碰位置；在实践中，在该位置，如图1所图示的，点（A_l）、（B_l）、（C_l）和（A_r）、（B_r）、（C_r）基本上沿基准轴线101排列。

已经发现，根据本公开的开关装置100与现有技术的解决方案相比提供了一些改进；实际上，由于其各个元件的构型和相互位置，使得开关装置100整体上相当紧凑，结构上得以简化，并且由于电压在壳体1内部沿真空腔室更好地且更平衡地分布，因此在电学上得以改进。

实现这种结果，归功于在原理上使根据本公开的开关装置100易于与不同类型的变电站一起使用的解决方案。

因此，本公开还包括电力分配和/或传输变电站，其特征在于包括先前所描述以及如所附权利要求中限定的类型的高压开关装置100。显然，可以在单个变电站中使用多于一个开关装置100。

如此构思的开关装置100易于改进和变型，所有这些改进和变型都落入特别是由所附权利要求限定的本发明理念的范围内；能够实施先前所公开的实施方式/替代实施方式的任何可能的组合，并且该任何可能的组合应被视作在本公开的发明理念内；所有细节可另外由技术上等同的元件替代。例如，任何先前所描述的部件可以成形成不同的形状或以不同数量或部分或元件使用，或者先前所描述的部件能够以不同的方式彼此连接。例如，可动触头组件40、50或固定触头30能够实现为单个零件或多于两个零件；开关装置100能够配备有其它部件，例如，定位在壳体1内且独立于或操作性地连接于中断组件10的切断器、传感器或接地开关。

此外，根据本领域的要求和状态，所使用的材料——只要它们与特定的用途和目的以及尺寸相容——可以是任意的。

Claims

1.一种高压开关装置（100），包括：

-外壳体（1）；

-电流中断组件（10），所述电流中断组件（10）包括定位在所述外壳体内的至少一个真空腔室（20）、包括定位在所述至少一个真空腔室（20）内的第一固定触头（31）和第二固定触头（32）的固定触头组件（30）、分别包括第一可动触头（41）和第二可动触头（51）的第一可动触头组件（40）和第二可动触头组件（50）；

-用于在第一位置与第二位置之间致动所述第一和第二可动触头组件（40，50）的单一致动机构（60），在所述第一位置，所述第一可动触头（41）和所述第二可动触头（51）分别与所述第一固定触头（31）和所述第二固定触头（32）在所述至少一个真空腔室（20）内电联接，在所述第二位置，所述第一可动触头（41）和所述第二可动触头（51）分别与所述第一固定触头（31）和所述第二固定触头（32）在所述至少一个真空腔室（20）内电分离，

其特征在于，

所述固定触头组件（30）置于所述第一和第二可动触头组件（40，50）之间，并且其中，所述第一可动触头组件（40）、所述第二可动触头组件（50）和所述致动机构（60）布置成：当从所述第二位置切换至所述第一位置时，所述第一可动触头（41）和所述第二可动触头（51）沿基准轴线（101）朝向彼此运动；并且当从所述第二位置切换至所述第一位置时，所述第一可动触头（41）和所述第二可动触头（51）沿所述基准轴线（101）远离彼此运动。

2.根据权利要求1所述的高压开关装置（100），其中，所述致动机构（60）适于在所述第一位置与所述第二位置之间同步地致动所述第一和第二可动触头（41，51）。

3.根据权利要求1所述的高压开关装置（100），其中，所述致动机构（60）布置成使所述第一和第二可动触头（41，51）在所述第一位置自锁定。

4.根据权利要求1所述的高压开关装置（100），其中，所述第一可动触头组件（40）、所述第二可动触头组件（50）和所述固定触头组件（30）布置成当所述第一和第二可动触头（41，51）在所述第一位置分别与所述第一固定触头（31）和所述第二固定触头（32）电联接时基本上沿所述第一基准轴线（101）排列并且串联地电连接。

5.根据权利要求1所述的高压开关装置（100），其中，所述第一可动触头组件（40）、所述第二可动触头组件（50）和所述致动机构（60）布置成使得所述第一可动触头（41）和所述第二可动触头（51）当在所述第一位置与所述第二位置之间运动时分别沿所述基准轴线（101）走过相同的距离（D₁，D₂）。

6.根据前述权利要求中的一个或多个所述的高压开关装置（100），其中，所述致动机构（60）包括：连接于所述第一可动触头组件（40）的第一致动子组件（70）和连接于所述第二可动触头组件（50）的第二致动子组件（80）；以及第一杆（61），所述第一杆（61）定位在所述外壳体（1）与所述至少一个真空腔室（20）之间并且机械地连接所述第一和第二致动子组件（70，80）。

7.根据权利要求6所述的高压开关装置（100），其中，所述第一和第二致动子组件（70，80）分别包括平直连杆（71，81）和L形杆（72，82），所述平直连杆（71，81）连接于相应的第一和第二可动触头组件（40，50），所述L形杆（72，82）具有连接于相应的平直连杆（71，81）的第一端部和连接于所述绝缘杆（61）的相应端部的第二端部，并且其中，所述第一和第二致动子组件中每一个的所述L形杆（72，82）绕横向于所述基准轴线（101）的对应轴线（62，63）枢转地安装。

8.根据权利要求7所述的高压开关装置（100），其中，所述致动机构（60）包括第二杆（64），所述第二杆（64）具有操作性地连接于所述第一杆（61）的一个端部和操作性地连接于马达（5）的第二端部。

9.根据权利要求1所述的高压开关装置（100），其中，所述高压开关装置（100）包括具有第一背表面（23）的第一真空腔室（21）和具有第二背表面（24）的第二真空腔室（22），所述第一和第二真空腔室（21，22）背靠背定位且同时它们各自的背表面（23，24）彼此相邻，并且所述第一和第二真空腔室（21，22）分别具有第一主体部（25）和第二主体部（26），所述第一主体部（25）和所述第二主体部（26）从相应的第一和第二背表面（23，24）在彼此相反的方向上沿所述基准轴线（101）延伸。

10.根据权利要求9所述的高压开关装置（100），其中，所述固定触头组件（30）安放在这样的位置：在该位置，所述第一和第二背表面（23，24）彼此相邻地安放，且同时所述第一固定触头（31）延伸至所述第一真空腔室（21）中并且所述第二固定触头（32）延伸至所述第二真空腔室（22）中。

11.根据权利要求1所述的高压开关装置（100），其中，所述固定触头组件（30）包括至少：包括所述第一固定触头（31）的第一零件（33）；和包括所述第二固定触头（32）的第二零件（34），所述第一和第二零件（33，34）彼此机械地连接而形成单一体。

12.一种电力分配和/或传输变电站，其特征在于包括根据权利要求1所述的高压开关装置。