CN103959420B - 多相中压真空接触器 - Google Patents

Abstract

一种多相中压真空接触器，其包括安装框架，在该安装框架上设置有：‑每个相的电流断路器，该电流断路器包括真空灯泡，该真空灯泡包含固定触头和相应的可移动触头；‑致动器，该致动器用于在闭合位置与断开位置之间移动可移动触头，在闭合位置，可移动触头每个都被联接至相应的固定触头，在断开位置，可移动触头每个都与相应的固定触头电分离；以及驱动致动器的电子单元。用于供给电子单元的变压器被安装在框架上，并且至少部分地由电绝缘涂层包住；一个或多个牺牲性故障保护装置被可操作地关联至变压器，并且被嵌入电绝缘涂层中。用于电机保护的电流传感器也可以被嵌入绝缘涂层中。

Description

多相中压真空接触器

本公开涉及多相中压(MV)真空接触器，该多相中压真空接触器适合于被连接至相关联的多相电路。

出于本公开的目的，术语中压是指额定工作电压范围在1kV和数十kV(例如3.6kV、7.2kV、12kV等等)之间的应用。

电接触器通常被用于控制要求例如打开/关闭电机的大量频繁操作的用户/负载，并且被要求满足对于保障在其使用寿命期间在电网中的合适的功能特性而言重要的大量条件；例如，关闭操作应该及时实施，通常是尽可能快地实施，以便防止对设备的可能的损坏，致动机构应该被设计成以便确保充足的操作重复性和优化的可靠性等等。

已知的和广泛使用的中压接触器的典型示例是真空接触器；对于每个相而言，它们基本由断路器组件组成，该断路器组件具有包围固定触头和可移动触头的密封的排空外壳或腔室。各相的可移动触头由例如电磁致动器的致动器来致动，该致动器由相关联的主控制/驱动电路或单元控制。接触器通常还具有一些辅助电路、附件等等。

例如真空断路器、致动器、主控制/驱动电路单元和辅助电路的所有部件被安装在接触器框架上。

限流熔丝通常被关联至接触器的真空断路器，以便面对故障条件，例如短路电流；限流熔丝通常是一次性类型的，并且包括盒，在盒里面有热熔导体。

现今，存在中压接触器的许多不同的结构上的解决方案，它们尽管允许充分执行所要求的性能，但仍存在适合于被进一步改进的一些方面。

例如，操作接触器的辅助控制电路和/或主控制电路所需的能量由与接触器本身的整个主体分离并且与其不同的部件供给；这同样应用于监测电流的正确流动所需的部件。

可能也需要一些另外的保护装置，例如上述类型的另外的一次性熔丝可以被用于专门地保护供应辅助电路和/或主控制电路所需的元件。

显然地，这些方面没有完全满足，因为他们需要专门的布线和空间占用，专门的布线和空间占用在有些情况下能产生实际困难，特别是考虑到接触器通常被安装在开关装置面板中时，其中可用空间在大多数情况下是受限的并且也可能难以接近。

因此，需要并期望进一步改进实际已知的接触器的结构上的布置。

这一需求通过根据本公开的多相中压真空接触器来满足，该多相中压真空接触器适合于被连接至相关联的多相电路，并且包括：

-安装框架，在该安装框架上设置有：

-每个相的电流断路器，该电流断路器适合于被可操作地连接至所述多相电路的相应相，所述电流断路器包括真空灯泡，其包含固定触头和相应的可移动触头；

-致动器，该致动器用于在闭合位置与断开位置之间移动可移动触头，在闭合位置，每个可移动触头被联接至相应的固定触头，在断开位置，每个可移动触头与相应的固定触头电分离；

-驱动所述致动器的电子单元；其特征在于，其还包括：

-用于供给所述电子单元的变压器，所述变压器被安装在所述框架上，并且至少部分地由电绝缘涂层包住；

-一个或多个牺牲性故障保护装置，其被可操作性地关联至所述变压器，并被嵌入所述电绝缘涂层中。

另外的特征和优点从根据仅通过附图中的非限制性示例的方式图示出的本公开的多相中压真空接触器的优选但非排他性的实施例的说明中将是显而易见的，其中：

图1是从正面看的立体图，其示出根据本公开的多相中压真空接触器；

图1a和图2是示出图1的多相中压真空接触器的立体图，其中一些部件被省略以更好地图示；

图3是图2的平面图；

图4是图1的多相中压真空接触器的平面图；

图5是示意性地图示可用于根据本公开的多相中压真空接触器中的牺牲性故障保护装置的立体图；

图6是详细地图示出与根据本公开的多相中压真空接触器中的变压器相关联的两个牺牲性故障保护装置的立体图；

图7是图示与根据本公开的多相中压真空接触器中的变压器相关联的三个电流监测装置的立体图；

图8是图示出用在根据本公开的多相中压真空接触器中的一些部件的方框图的示意图。

应注意的是，在后面的具体实施方式中，从结构的角度和/或功能的角度相同或类似的部件具有相同的附图标记，无论他们是否在本公开的不同实施例中示出；还应注意的是，为了清楚且简明地描述本公开，附图不必按比例绘制，并且本公开的某些特征可以以示意图的形式示出。

此外，根据本公开的多相中压真空接触器将通过参考示例性三相中压真空接触器来描述；显然地，以下说明可以应用于具有任何合适数量的极或相的多相中压真空接触器。

图1-4示出示例性三极(或三相)中压真空接触器，其通常用+附图标记100表示，为了简洁起见，此后被称为“接触器100”。

根据已知的技术方案，接触器100的每个相或极适合于被连接至在其中使用接触器的电路的相关联的相，其电路相都在图8中通过附图标记101示意性地图示。

接触器100包括安装框架10，该安装框架10可以由单个的整块形成或者由连接在一起的两个或多个件形成。例如，在图1-4中图示的示例性实施例中，框架10包括例如用电绝缘材料实现的第一整块，其具有一对侧壁11和中间区域，该中间区域具有平行于侧壁11的中间壁12；该整块被机械地连接至底壁13，在图示的示例性实施例中，底壁13例如由金属材料制造。

接触器100包括用于每个相的电流断路器，该电流断路器被安装在框架10上，例如在侧壁11与相邻的中间壁12之间，或在两个相邻的中间壁12之间，并且适合于被可操作地连接至相关联的多相电路的相应相101。

如从图2和图3中更好地可见，每个电流断路器包括真空灯泡或瓶1，其包含固定触头2和相应的可移动触头3(为了简洁，在图3中仅针对一个极图示)；灯泡1的可能的结构实施例以及真空被保持在灯泡里面的方式在本领域中是众所周知的，因此在此不详细描述。

在框架10的上部，并且根据众所周知的技术方案，放置熔丝座9，用于例如通过每个含有相应的热熔导体的盒来容纳例如常规类型的限流熔丝。

根据本领域众所周知的或者本领域技术人员容易得到的技术方案，在框架10上安装有致动器20，致动器20例如被连接至底壁13，并且适合于在闭合位置与断开位置之间移动接触器100的每个相的可移动触头3，在闭合位置，可移动触头3每个都被联接至相应的固定触头2，在断开位置，可移动触头3每个都与相应的固定触头2电分离。

本领域的技术人员将意识到，能使用任何合适类型的致动器；例如，致动器20可以是电磁致动器，例如以MAC为名的由集团在市场上出售的永磁体致动器。

电子单元也被设置在框架10上，并且在图1和图1a中通过附图标记40示意性地示出，根据本领域众所周知的技术方案，电子单元控制并驱动致动器20的操作，因此在此不详细描述。电子单元40也可以由市场上可获得的任何合适的电子单元组成；例如，电子单元40可以由集团出售的型号为MAC R2的电子器件组成。

接触器100包括用于供给电子单元40的变压器30；如图所示，变压器30直接被设置在接触器100上的板上，即，被安装在框架10上，并且至少部分地由电绝缘涂层31包住，优选完全地由电绝缘涂层31包住，该电绝缘涂层31例如由树脂制造，诸如市场上可得到的任何合适的环氧树脂或聚亚安酯树脂。

为了更好地图示一些内部零件，绝缘涂层31在图1a、图2、图3中未示出，而在图6和图7中被示出被部分切割。

变压器30适合于一旦被安装就仅被电连接至相关联的电路101的两个相，例如分别在图6、图7和图8中用附图标记“R”和“T”示意性地示出的第一侧相和第二侧相。

在图示的示例性实施例中，变压器30被设置在接触器100的前方上部，靠近真空断路器，并在框架10的两个侧壁11之间；如图4中更好地所示，一些支承缓冲器14被定位在变压器30的下部与框架10之间，并可操作地连接变压器30的下部和框架10，该支承缓冲器14例如由橡胶制造。

更详细地，变压器30包括磁芯32，在磁芯32上缠绕有初级绕组33和次级绕组34，该初级绕组33适合于被电连接至多相电路101的第一相“R”和第二相“T”，该次级绕组34适合于在合适的电压下将电能供给至电子单元40。

初级绕组33优选地被实现为两个或更多个部段，该两个或更多个部段缠绕在磁芯32上，彼此间隔开，并且被串联地电连接。

在图示的示例实施例中，初级绕组33包括至少第一侧部段33a、第二中间部段33b和第三侧部段33c，第一侧部段33a、第二中间部段33b和第三侧部段33c缠绕在磁芯32上，彼此间隔开，并且被串联地电连接。

中间部段33b可以由例如在图6-7中图示的单个零件形成，或者它可以被分开成两个或更多个子部段。

在附图中以附图标记50示意性地图示的一个或更多个牺牲性故障保护装置被可操作地关联至变压器30，并且被嵌入电绝缘涂层31中。

如图5中示意性地图示的，一个或多个牺牲性故障保护装置50每个基本包括电绝缘板或支承件51，在该电绝缘板或支承件51上固定地固定(例如，印制)导电材料的至少一个轨道52；当在轨道中流动的电流的水平超过预定阈值时，至少一个轨道52适于熔化，预定阈值可以基于具体应用而设置。

例如，板51可以由陶瓷或玻璃纤维或塑料或任何其他合适的材料或材料的组合制成；轨道52可以由铜或银或任何其他合适的导电材料或材料的组合制成。

如本领域的技术人员将意识到的，轨道52可以根据例如使用Onderdonk方程或Preece方程的具体应用被容易地定尺寸。

在图示的实施例中，接触器100优选地包括两个牺牲性故障保护装置50。

具体地，从电子学的角度来看，第一牺牲性故障保护装置50和第二牺牲性故障保护装置50分别被设置在变压器30的初级绕组33的上游和下游；第一牺牲性故障保护装置50、初级绕组33和第二牺牲性故障保护装置50一个挨一个地被串联地电连接。

如图6中图示的，第一牺牲性故障保护装置50在第一部段33a与第二部段33b之间的位置处被嵌入电绝缘涂层31中，而第二牺牲性故障保护装置50在第二部段33b与第三部段33c之间的位置处被嵌入电绝缘涂层31中。

根据本公开的接触器100还可以包括一个或多个电流监测装置60，该电流监测装置60也被嵌入电绝缘涂层31中；具体地，在图7中图示的示例性实施例中，每个相有相应的电流监测装置60。

每个电流监测装置60包括支承板61，在该支承板61上固定地安装电流传感器62和相关联的基于微处理器的单元63，该基于微处理器的单元63与电子单元40可操作的通信。

例如，仍在这种情况下，支承板61可以由陶瓷或玻璃纤维或塑料或任何其他合适的材料或材料的组合制成；并且电流传感器62和/或基于微处理器的单元63可以印制在该支承板61上。

优选地，电流传感器62是霍尔效应电流传感器；进而，基于微处理器的单元63可以由市场上可得到的任何合适的装置组成，例如，由德州仪器(Texas Instruments)出售的微控制器MSP430。

在实践中，当接触器100被安装时，第一牺牲性故障保护装置50被串联地电连接在相关联的电路101的第一侧相“R”与变压器30的初级绕组33之间，而第二牺牲性故障保护装置50被串联地连接在初级绕组33与电路101的第二侧相“T”之间。例如，接触器100的相与电路101的相之间的这种电流连接通过螺栓连接的终端102发生。

电流监测装置60每个都通过与电流传导导体相距一定距离的电流传感器62与相应的相101相关联。

在正常运行条件下，电流流过牺牲性故障保护装置50和变压器30，该变压器30在合适水平的变换电压下向电子单元40(以及其他辅助电路(当存在其他辅助电路时))供给电能。

进而，每个基于微处理器的单元63从各电流传感器62接收检测到的电流信号，并将指示流入多相电路101的相应相的电流的相应信号输出至电子单元40。

如果变压器30的绕组中存在故障，例如短路，则沿轨道52流动的过载电流加热轨道52本身，直到它熔化并中断电流的流动。在实际中，保护装置——特别是轨道52——被校准，以便当流过它们的电流超过限定的阈值时它们开始熔化；这一阈值表示实际的平衡水平，在该平衡水平下，由于电流流动引起的轨道52的加热与通过支承板51和/或周围的绝缘涂层31的轨道自身的冷却之间存在平衡。

因此，在过载电流超过限定的阈值的情况下，保护装置50牺牲自身，但避免了对变压器30的关闭零件的损坏，特别是在内部故障之后变压器可能毁掉。实际上，在没有牺牲性保护装置50的情况下，变压器30甚至可能爆炸或着火，因此产生对于周围零件非常危险和有破坏性的状况。一旦保护装置干预，变压器30以及被嵌入其中的部件可以被处理并由新的部件置换。

进而，电子单元40可以通过例如软件和/或电路适当地适合于利用由各电流监测装置提供的信号。实际上，例如有可能针对故障状况简单地设置相关的阈值并执行保护干预措施，故障状况例如关于未平衡的相、锁定的转子(当接触器被用于保护电机时)、热存储器等的故障状况。

在实际中，已经发现根据本公开的中压真空接触器相对于现有技术提供了一些改进。

实际上，如上所述，并且与已知的接触器不同的是，接触器100是基本元件直接在它上面的板上的一种独立的装置；变压器30以及被嵌入其中的部件形成子单元，该子单元自身可以被容易地安装在接触器100的板上并且容易被置换。由于将初级绕组分成部段以及牺牲性保护装置50物理定位在绝缘涂层中并且在绕组部段之间，在变压器的初级绕组上的电压分配以及空间占用同时被优化。

这种结果通过十分简单的、紧凑的且有效的结构来实现；如所公开的，例如牺牲性保护装置50和/或电流监测装置60可以非常简单地被生产为印制电路板。

这使接触器容易被用于包括柜的类型的电开关装置面板中，其中柜在内部被分成一个或多个隔间，隔间之一容纳接触器100。然而，本公开还包括这样的电开关装置面板，该电开关装置面板包括如之前描述的多相中压真空接触器。

因此设想的接触器100能够进行修改和改变，所有修改和改变都在本发明构思的范围内，并且包括上述实施例的任何组合；例如，根据应用，框架10可以被一体形成，或者它可以包括两个或多个工件，或者如果接触器是可拆卸接触器的形式，则它可以包括滑动转向架等。牺牲性装置50可以被不同地成形；例如，轨道52可以由一层或多层导电材料形成，其中所有层的材料可以相同，或者可以使用不同的材料。对于每个牺牲性装置，可以例如在支承板51的不同面上仅固定一个轨道或多个轨道。轨道可以沿任何合适的路径延伸，路径例如为如图5中图示的直线、弯曲的、分部段的(如图6中所示)、混合的路径等等。

在实践中，只要这些材料可以与特定的用途以及尺寸相符合，所使用的材料可以是根据技术的要求和状态的任何材料。

Claims (11)

1.一种适合于被连接至相关联的多相电路(101)的多相中压真空接触器(100)，其包括：

-安装框架(10)，在所述安装框架上设置有：

-每个相的电流断路器，所述电流断路器适合于被可操作地连接至所述多相电路(101)的相应相，所述电流断路器包括真空灯泡(1)，所述真空灯泡包含固定触头(2)和相应的可移动触头(3)；

-致动器(20)，所述致动器(20)用于在闭合位置与断开位置之间移动所述可移动触头(3)，在所述闭合位置，所述可移动触头(3)每个都被联接至相应的固定触头，在所述断开位置，所述可移动触头(3)每个都与所述相应的固定触头(2)电分离；

-电子单元(40)，所述电子单元(40)驱动所述致动器(20)；

其特征在于，所述多相中压真空接触器还包括：

-用于向所述电子单元(40)供给电能的变压器(30)，所述变压器被安装在所述安装框架(10)上并且至少部分地由电绝缘涂层(31)包住；以及

-一个或多个牺牲性故障保护装置(50)，所述一个或多个牺牲性故障保护装置(50)被可操作地关联至所述变压器(30)，并且被嵌入所述电绝缘涂层(31)中。

2.根据权利要求1所述的多相中压真空接触器，其特征在于，所述一个或多个牺牲性故障保护装置(50)每个都包括电绝缘板(51)，在所述电绝缘板(51)上固定地固定有导电材料的至少一个轨道(52)，所述至少一个轨道(52)适合于当流过其中的电流的水平超过预定的阈值时熔化。

3.根据权要求1或2所述的多相中压真空接触器，其特征在于，其包括两个牺牲性故障保护装置(50)。

4.根据权利要求3所述的多相中压真空接触器，其特征在于，所述变压器(30)适合于被连接至所述多相电路(101)的第一相和第二相。

5.根据权利要求4所述的多相中压真空接触器，其特征在于所述变压器(30)包括磁芯(32)、初级绕组(33)、次级绕组(34)，所述初级绕组(33)适合于被电连接至所述多相电路(101)的所述第一相和第二相，并且其中所述两个牺牲性故障保护装置(50)包括分别被设置在所述初级绕组(33)的上游和下游的第一牺牲性故障保护装置(50)和第二牺牲性故障保护装置(50)，所述第一牺牲性故障保护装置(50)、所述初级绕组(33)和所述第二牺牲性故障保护装置(50)被串联地电连接。

6.根据权利要求5所述的多相中压真空接触器，其特征在于，所述初级绕组(33)包括彼此间隔开地缠绕在所述磁芯(32)上并且被串联地电连接的至少第一部段(33a)、第二部段(33b)和第三部段(33c)，并且其中所述第一牺牲性故障保护装置(50)在所述第一部段(33a)与第二部段(33b)之间的位置处被嵌入所述电绝缘涂层(31)中，并且所述第二牺牲性故障保护装置(50)在所述第二部段(33b)与所述第三部段(33c)之间的位置处被嵌入所述电绝缘涂层(31)中。

7.根据权利要求1、2、5和6中的任一项所述的多相中压真空接触器，其特征在于，其还包括一个或多个电流监测装置(60)，所述一个或多个电流监测装置(60)被嵌入所述电绝缘涂层(31)中。

8.根据权利要求7所述的多相中压真空接触器，其特征在于，对于每个相，所述一个或多个电流监测装置包括支承板(61)，在所述支承板(61)上安装有电流传感器(62)和相关联的基于微处理器的装置(63)，所述基于微处理器的装置(63)与所述电子单元(40)可操作的通信。

9.根据权利要求8所述的多相中压真空接触器，其特征在于，所述电流传感器(62)是霍尔效应电流传感器。

10.根据权利要求1、2、5、6、8和9中的任一项所述的多相中压真空接触器，其中其包括多个支承缓冲器(14)，所述多个支承缓冲器(14)设置在所述变压器(30)与所述安装框架(10)之间，并可操作地连接所述变压器(30)和所述安装框架(10)。

11.一种电开关装置面板，其中其包括根据前述权利要求中的任一项所述的多相中压真空接触器。