CN104919557B - 具有旋转电弧触头的断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力切断设备(1)，尤其是断路器，其包括设计为通过沿着所述电弧触头的中心轴(19)的相对的平移移动在打开操作过程中从闭合位置到打开位置的两个电弧触头(5a，5b)。在本发明中，开关设备还包括至少在打开操作过程中的电弧触头分离以后沿着中心轴(19)相对于彼此使电弧触头(5a，5b)旋转的旋转装置(54，56)。

Description

具有旋转电弧触头的断路器

技术领域

本发明涉及开关设备的领域，尤其是隔离开关或接地开关类型，优选地是高压开关设备。甚至更优选地，本发明涉及气体绝缘开关设备(GIS)类型的高压隔离开关，即金属包层或通过由SF₆或者利用通过等效气体给予的电绝缘封装的开关设备。

背景技术

传统地，并且以本领域中的技术人员已知的方式，隔离开关或者接地开关类型的开关设备包括在每次打开操作过程中以及在每次闭合操作过程中以恒定速度平移移动的电传导性单元。

在这些经常被重复的操作过程中，通常地安装有永久性触头并且安装有电弧触头的传导性单元受到逐渐地致使其变差的机械力与电应力。还在其它永久触头上并且在开关设备的其它电弧触头上观察到此现象，此触头称作为固定触头。

这些问题致使颗粒、污染以及热量的形成，并且影响开关设备的使用寿命。

具体地说，在打开操作过程中，如果电传导性单元的速度太快，这导致永久触头的机械磨损。那可能建议降低电传导性单元的速度，但是由于在打开操作过程中、尤其在母线转接的情况中在所述触头之间形成电弧，这样做将导致电弧触头磨损。

在试图解决那个问题时，文献FR2547107提出了具有联接到弹簧的固定电弧触头的开关设备，其使得能够加快两个电弧触头在分离时移动分开的速度。然而，固定电弧触头可以不再真正地认为是固定的，由于其安装为在开关设备的固定壳体上滑动。此外，由于传统的开关设备设计通常使得不能够监控固定触头的区域，因此探测弹簧中的潜在故障是不实际的。这可能看起来是不能克服的，因为弹簧的未探测到的损坏可能引起开关设备的危险故障。

此外，为了使系统运转的永磁体的存在具有产生自然地不期望的电磁干扰的可能性。

最后，将弹簧联接到固定触头可能要求那个区域的体积的显著增加，这可能导致开关设备的整体体积的不利的增加，尽管紧凑性是在当前开关设备中被认为是基本原则的标准。

因此，存在使此开关设备最优化的需要，尤其为了减小在打开操作期间与在电弧触头之间的电弧的重复形成相关的有害影响。

发明内容

因此，本发明的目的是至少部分地对涉及现有技术的实施方式的上述缺点提供解决方案。

为了这样做，本发明提供开关设备，尤其是根据权利要求1的隔离开关。

提出的解决方案的优点在于其使得能够通过两个电弧触头的相对旋转来拉长在打开操作过程中在所述触头之间产生的电弧。此拉长促使电弧熄灭并且还使得能够在电弧触头上分布磨损。因此，与电弧触头之间的电弧的反复形成相关联的有害效果显著地减弱，并且有利地提高了所述触头的使用寿命。

此外，本发明的显著性在于其使得能够在单个打开操作过程中，通过来自弹性回复装置能量的释放造成的加速改变可移动单元的所述电弧触头的速度。因此，可以以此种方式确定此受控的变化以便尽可能多地限制电传导性单元的机械与电磨损。在此方面，能量的释放优选地在永久触头分离以后并且当电弧触头分离时开始，即其在电弧触头分离的精确瞬间或者在所述瞬间以前处开始并且其在它们被分离以后结束。因此，在打开操作的此关键阶段期间，通过电传导性单元承载的电弧触头的速度甚至更高，这限制了由于电应力的损坏。自然地，除了上述改进以外，此改进由可移动电弧触头的旋转特性赋予。

本发明的区别特征在使得能够改变可移动单元的所述电弧触头的速度的意义上也是有利的，同时还以恒定的平移速度移动电传导性可移动单元的驱动设备的连接点。因此，所述驱动设备可以有利地包括以恒定速度操作的电机，尽管可以在不超过本发明的范围的情况下实施可变速度。

此外，与在文献FR2547107中描述的解决方案不同，加速弹簧未布置在固定元件上，而是在包括可移动电极的单元上。由此，通过使用该特定的位置，能够克服探测弹簧中的可能的故障的现有技术问题。实际上，当弹簧在可移动传导性单元上时比当其闭合到固定元件时更容易监控弹簧的可能的损坏。此外，如在文献FR2547107的解决方案中不需要永磁体。

最后地，此优选的解决方案使开关设备比现有技术更加紧凑。实际上，在现有技术中，对固定触头的使其在小范围可移动的修改导致尺寸的显著增加，尤其用于提供用于所述触头平移的引导。然而，当加速元件布置在电极或可移动导体上，在传导性单元自身上时，对尺寸的影响远远更小，因为此单元已经具有大的尺寸，尤其具有相当大的长度以便在平移中提供引导。

通过实例的方式，通过上述弹性装置，在打开操作的初始阶段期间，电传导性单元的速度可以是缓慢的，直到永久触头分离以便限制其机械磨损，然后所述速度可以增加以便限制电弧触头的电磨损。

优选地，所述旋转装置设计为在电弧触头的分离过程中启动两个电弧触头的相对旋转，即在电弧触头的分离的精确瞬间或者甚至在此瞬间以前启动。此外，开关设备设计为使得在电弧熄灭的瞬间以后的瞬间停止旋转。

更通常地说，观察到此启动优选地在打开操作开始以后发生，并且此旋转在所述相同操作结束以前停止。通常地，相对旋转发生与超过约10秒的总开打冲程持续期间几毫秒相应的持续时间，和/或与在打开操作过程中可移动单元的总冲程的三分之一相应的距离。此外，优选地，开关设备的设计使得在闭合操作过程中不发生旋转。

优选地，所述旋转装置以此种方式设计为使得所述两个电弧触头之间的相对角位置与在所述电弧触头的一个闭合位置中采取的所述角位置和在紧接地连续周期的所述闭合位置中采取的所述角位置之间不同。这使得能够在电弧触头上更好地分布磨损，这进一步提高了其使用寿命。为了信息，开关设备可以设计为使得在各周期以后的相对旋转的角距离使得360不是此距离值的倍数。通过此原理，在通常地在多个周期后获得的电弧触头之间的相对旋转的一个完整旋转以后，，两个电弧触头之间的相对位置与在先前旋转的开始时采用的不相同。此角距离优选地对于每个周期来说都相同。

观察到可以通过致使两个触头旋转或者通过致使它们中的仅一个旋转获得电弧触头之间的相对旋转，无论平移地可移动或者静止。然而，下面提出的优选实施方式仅涉及旋转地可移动的单个电弧触头的实例，并且在此实例中，其是平移地可移动的电弧触头。

优选地，所述弹性回复装置包括至少一个压缩或牵引弹簧。

优选地，所述旋转装置设计为仅在其中所述弹性回复装置释放能量的阶段期间，并且甚至更优选地在所述能量释放阶段的很大的部分期间施加两个电弧触头的相对旋转。

优选地，电传导性单元的所述其它本体设计为连接到驱动设备的连接点以便驱动所述电传导性可移动单元。

优选地，所述其它本体包括永久电触头。

优选地，所述旋转装置包括容纳在螺旋形狭槽中的销钉的系统，在其中弹性回复装置释放能量的阶段，由于在其它本体与可移动电弧触头之间的滑动期间沿着螺旋形狭槽中移动的销钉，两个电弧触头的所述相对旋转自动的发生。由此，此原理提供了简单且有效的解决方案，使得能够将可移动电弧触头的滑动移动转换成包括电弧触头的期望的旋转的螺旋移动。即使当开关设备不具有使可移动电弧触头能够加速的系统时，销钉与螺旋形狭槽等的此原理也是可适用的。

优选地，所述系统还包括围绕可移动电弧触头的环，所述环固定到与其容纳于在所述其它本体中制成的所述狭槽的端部相对的销钉的端部。

优选地，所述环连接到可移动电弧触头使得当其在第一旋转方向中旋转时，其在围绕中心轴的旋转中其携带电弧触头随其一起，并且使得当其在与第一旋转方向相反的第二旋转方向中旋转时，其不携带电弧触头的任何旋转。

优选地，开关设备包括对接装置，该对接装置在打开操作过程中用于阻挡所述可移动电弧触头相对于所述开关设备的固定本体的所述平移运动，并且所述其它本体具有解锁装置，所述解锁装置设计为在所述其它本体被相对于所述可移动电弧触头移动通过预定距离以后释放所述对接装置。

优选地，所述对接装置包括固定到所述可移动电弧触头的第一对接件，以及安装在开关设备的所述固定本体上的第二对接件。在此构造中，优选地布置为使得所述第二对接件形成被安装以在所述固定本体上枢转的触发器的一体部件，所述其它本体的所述解锁装置设计为致使所述触发器枢转以释放所述第一对接件与第二对接件。

最后，本发明还提供了通过如上所述的开关设备执行打开操作的方法，此方法使得，至少在所述两个电弧触头分离以后，触头被致使相对于彼此沿着它们的中心轴旋转。

本发明的其它优点与特征出现在下面给出的详细的非限定描述中。

附图说明

参照附图进行此描述，在附图中：

图1a至图5示出了在打开操作过程中通过隔离开关相继地采用的多个构造中的本发明的优选实施方式中的隔离开关。

具体实施方式

首先，图1a与图1b示出了在本发明的优选实施方式中的隔离开关的一部分，所述隔离开关可能是接地开关，优选地是高压GIS式接地开关。

隔离开关1包括仅部分地示出的电弧控制室2，其封装在含有诸如SF6的绝缘气体或者已知是适当的任何其它气体混合物的闭合件中。室2封装固定永久触头(未示出)，以及部分示出并且设计为相对于永久触头径向向内地定位的固定电弧触头5a。

此外，室还封装连接到固定本体8的电传导性可移动单元6，其沿着由箭头11表示的移动轴在固定本体8中平移地可移动。此单元6呈现安装有以管子的形状的可移动永久触头4b的端部，并且还具有相对于永久触头4b径向向内布置的可移动电弧触头5b。这两个触头4b、5b设计为与上述固定触头配合。

单元6采用与致动器的活塞类似的在本体8的圆柱形壳体10的滑动中可移动的圆柱形的整体形状。永久触头4b形成单元的外部本体，并且通过电弧触头5b也穿过其中的具有较小直径的传导性圆柱体13被延伸。

在永久触头4b的此后圆柱体13内部，作出沿着方向11定向并且滑动地容纳电弧触头5b的通孔12。由此，所述电弧触头安装为相对于永久触头沿着移动轴滑动地移动。

此外，如图1a和图1b中所示，电传导单元6包括诸如压缩弹簧16的弹性返回装置，迫使电弧触头5b相对于永久触头4b朝向第一端位置移动，该第一端位置与其中电弧触头5b尽可能地在永久触头4b的圆柱体内部定位的位置相应。弹簧16趋于朝向其推动电弧触头5b的此第一位置，由此与其中所述触头定位在通孔12的端壁中的位置相应。

为了这样做，布置在电弧触头5b周围的弹簧16抵靠所述触头的颈环18支撑在其一个端部处，并且抵靠以固定方式安装在圆柱体13的通孔12中的环20支撑在其另一个端部处。更准确地说，在承载该触头的杆17的电弧触头5b的支撑件15上作出颈环18。支撑件是圆柱形并且具有与孔12基本上相同的直径，以使得在永久触头4b的圆柱体13中的电弧触头5b组件能够被平移地引导。此外，支撑件15提供了沿着电弧触头的中心轴19的线性引导，同时还允许触头17的杆自由地旋转，中心轴19还与作为整体的隔离开关的中心轴相应。

因此，当永久触头4b在打开方向中沿着轴11移动时，致使电触头移动分开，其通过来自环20上的压缩弹簧16的反作用的方式将此移动传送到电弧触头5b。如图1a中所示，相反地，当永久触头4b在闭合方向中沿着轴11移动时，致使电触头一起移动，其通过抵靠孔12的端壁按压其端部或者通过杆按压到相应凹槽的底部中将此移动传送到电弧触头5b。电弧触头的支撑件15以固定方式保持两个径向相对的杆21，使得以轮23的形式的对接件布置在各杆的端部处。杆21沿着方向11穿过通过永久触头4b的圆柱体13作出的相应狭槽25。在图1a中示出的闭合位置处，以及在达到所述闭合位置以前的整个闭合操作过程中，杆21按压到凹槽25的底部中，由此使能够通过触头4b平移地驱动触头5b。

在此方面，为了将永久触头4b设置成移动，以便执行隔离开关的打开与闭合操作，所述触头在其后端处连接到驱动设备30的连接点22。可以以传统方式制造在图1b中示意性示出的此设备30，例如，以在每次闭合操作过程中以及在每次打开操作过程中沿着方向11将恒定平移速度应用到连接点22的此种方式。

隔离开关还安装有围绕与轴19正交的枢转轴36枢转地安装在固定本体8上的触发器34。在其与铰接件相对的端部处，触发器存在两个对接件38。它们与轮23一起形成对接装置，所述轮构成第一对接件，并且对接件38形成第二对接件。为了这样做，对接件23、38面向彼此并且沿着方向11成对地对准。在图1a中示出的构造中，对接件彼此隔开，并且相互不配合。相反，如下所述，在打开操作的精确阶段期间致使这些对接件临时成对地配合，在设置在圆柱体13的后端上的凸缘40通过按压在所述触发器的杠42上致使触发器34枢转以前，由此释放第一对接件23与第二对接件38。因此，凸缘40执行解锁对接装置的功能。

在永久触点4b的前圆柱体与后圆柱体13之间的直径44改变处的附近，隔离开关安装有系统50，使得能够以自动与受控方式旋转电弧触头5b，并且更准确地说围绕轴19旋转其杆17。系统50首先地包括限定为随着被围绕的杆17旋转的环52。此外，此环限定为随着所述杆旋转，但是仅沿着两个可能方向中的一个。因此，在围绕轴19的环52的第一旋转方向中，所述环携带电弧触头的杆随其一起，然而，环52沿着其它旋转方向旋转，但是杆17不旋转。

居中在轴19上的环52固定地保持径向定向的销钉54，该销钉54具有与其固定到环52的自由端相对的自由端，此销钉容纳在通过圆柱体13做出的轴19的螺旋形凹槽56中。所述凹槽56在直径44改变处开始，并且向后延伸，然后平行于方向11延伸少量短的直线部分。

图1a和图1b示出了其中电触头成对配合的处于闭合位置中的隔离开关1。在此位置处，并且如上所述，电弧触头5b通过压缩弹簧16被迫进入到圆柱体13的基部中，这致使电弧触头5b与永久触头4b的前端基本上定位在与中心轴19正交的共同平面中。

参照图2a至图5，下面描述隔离开关的打开操作，此操作从图1a和图1b中示出的闭合位置开始。通过以图1b中示出的驱动设备30的输入轴(未示出)的恒定速度的旋转来实施此操作，并且其导致永久触头4b在整个打开操作过程中平移地并且以恒定速度移动。

在打开操作的初始阶段过程中，连接点22在远离固定触头的方向11中的移动经由弹簧16同时地驱动永久触头4b与电弧触头5b。在此初始阶段，可移动元件的线速度相对缓慢并且恒定，这用于限定隔离开关的机械磨损。

在永久触头的分离以后，对接件23、38成对接触并且用于阻挡电弧触头5b相对于固定本体8的平移移动，然而，永久触头4b在驱动设备的动作下继续平移运动。如图2a中所示，在致动对接装置23、28以后，由于电弧触头5b由此在相对于永久触头4b的平移中被临时地阻挡，因此弹簧16被强烈地压缩。因此，在不被继续其冲程的永久触头4b驱动的情况下，电弧触头5b在平移中保持固定一段时间。

这由此导致弹簧16由于永久触头4b相对于电弧触头5b朝向与上述第一端位置相对的第二端位置移动存储能量。图2a和图2b示出了具有被强烈压缩的弹簧16和仍进行接触的电弧触头的隔离开关的状态。

在弹簧16的压缩阶段期间，销钉54在凹槽56中移动，由此在第二旋转方向中，即在不驱动电弧触头5b的杆17的方向中旋转环52。因此，所述杆17在相对于电弧触头15的支撑件的旋转中保持固定。

在弹簧的压缩阶段结束时，图2a中显示的状态示出了销钉54支撑抵靠螺旋形凹槽56的前端，和/或支撑抵靠永久触头的直径44改变处。

在此状态中，如图2b中所示的相对于永久触头显著地突出的电弧触头5b采取在永久触头4b已经相对于触头5b移动确定距离以后到达的第二位置。

如图3中所示，在那时刻，圆柱体13的凸缘40按压在触发器34的杆42上并且致使所述杆围绕轴36枢转。在触发器枢转通过一定角度以后，在释放弹簧16的能量的影响下，第二对接件38释放第一对接件23，并且释放由此在方向11中以非常高的速度移动的电弧触头5b。

以电弧触头5b的高速的移动减弱了电应力。电应力通过在两个触头4b、5b之间相对移动期间，销钉54在螺旋形凹槽56内移动的事实被进一步减弱，由此致使环52旋转，即驱动电弧触头5b的杆17。图4a示出了在将销钉54移动到凹槽56中的阶段过程中的隔离开关的一部分。

由于杆17沿着轴19相对于支撑件15旋转，因此在两个电弧触头之间形成相对的平移移动，其拉长电弧并且由此促使其熄灭。

能量从弹簧的释放以及电弧触头的旋转同时地发生，优选地当电弧触头分离时，即在电弧触头分离的精确瞬间或者在所述瞬间以前开始。在图4b中示出的构造中，在能量释放阶段结束以前一点停止旋转，并且更准确地说，当销钉54穿入狭槽56的直线延伸部中时，停止旋转。在此方面，观察到隔离开关1设计为使得当旋转结束时，电弧在此瞬间已经熄灭。

观察到电弧触头5b的加速阶段直到当所述触头邻接抵靠孔12的端壁时，和/或当杆21按压到圆柱体13的凹槽25的底部中时的时刻。

在使触头4b、5b的两个前端返回到与轴19正交的公共平面的此接触以后，所述两个触头通过驱动设备再次以基本上相同的线速度被驱动，直到它们停止在图5中示出的打开位置中。

在此打开阶段以后，电弧触头5b由此相对于当处于闭合位置时其初始地占据的位置旋转地移动。通过实例的方式，在示出的解决方案中，此旋转的角度范围位于92°到100°，并且更通常地说大于四分之一圈。因此，考虑到在下面闭合操作不导致电弧触头5b的任何旋转，所述电弧触头然后被以与以前周期中采取的角位置不同的角位置重新布置在闭合位置中。在此方面，为了甚至进一步限制电磨损效果，以在电弧触头的一个完整旋转以后不再重复相同角位置的此种方式，优选地做出布置以确保360不是所述角度范围值的倍数。

自然地，本领域中的技术人员可以仅通过非限定实例的方式对上述发明进行多种修改。

Claims (13)

1.一种开关设备(1)，其包括两个电弧触头(5a，5b)，所述两个电弧触头设计为通过沿着所述两个电弧触头的中心轴线(19)的相对的平移移动在打开操作过程中从闭合位置到打开位置；

所述开关设备的特征在于，其还包括至少在打开操作过程中的所述电弧触头分离以后沿着所述中心轴线(19)相对于彼此旋转所述电弧触头(5a，5b)的旋转装置(54，56)，并且所述两个电弧触头(5a,5b)中的一个是形成电传导性可移动单元(6)的一体部件的可移动电弧触头，所述电传导性可移动单元(6)还包括安装为沿着所述电传导性可移动单元(6)的移动轴线(11)相对于可移动电弧触头(5b)滑动移动的本体，所述单元还包括插入所述可移动电弧触头与所述电传导性可移动单元(6)的本体之间的弹性回复装置(16)，并且所述开关设备设计为使得在打开操作过程中，所述弹性回复装置(16)由于所述可移动电弧触头(5b)与所述电传导性可移动单元(6)的本体之间的相对移动能够初始地存储能量，并且能够随后释放所述存储能量以便致使所述可移动电弧触头(5b)加速。

2.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述旋转装置(54，56)设计为在所述电弧触头的分离过程中启动所述电弧触头(5a，5b)的相对旋转。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的开关设备，其特征在于，所述旋转装置(54，56)以此种方式设计使得所述两个电弧触头(5a，5b)之间的相对角位置与在所述电弧触头的一个闭合位置中采取的角位置和在紧接地连续周期的所述闭合位置中采取的角位置之间不同。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的开关设备，其特征在于，所述旋转装置(54，56)设计为仅在其中所述弹性回复装置(16)释放能量的阶段过程中施加所述两个电弧触头(5a，5b)的相对旋转。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的开关设备，其特征在于，所述电传导性可移动单元(6)的本体设计为连接到驱动设备(30)的连接点(22)以便驱动所述电传导性可移动单元(6)。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的开关设备，其特征在于，所述电传导性可移动单元(6)的本体包括永久电触头(4b)。

7.根据权利要求4所述的开关设备，其特征在于，所述旋转装置包括容纳在螺旋形狭槽(56)中的销钉(54)的系统，在其中所述弹性回复装置(16)释放能量的所述阶段，由于在所述电传导性可移动单元(6)的本体与所述可移动电弧触头(5b)之间的滑动期间沿着螺旋形狭槽(56)中移动的销钉(54)，所述两个电弧触头(5a，5b)的所述相对旋转自动地发生。

8.根据权利要求7所述的开关设备，其特征在于，所述系统还包括围绕所述可移动电弧触头(5b)的环(52)，所述环固定到与其容纳于在所述电传导性可移动单元(6)的本体中制成的所述螺旋形狭槽(56)中的端部相对的所述销钉的端部。

9.根据权利要求8所述的开关设备，其特征在于，所述环(52)连接到所述可移动电弧触头(5b)使得当其在第一旋转方向中旋转时，其在围绕中心轴线(19)的旋转中携带所述可移动电弧触头(5b)随其一起，并且使得当其在与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向中旋转时，其不携带所述可移动电弧触头(5b)的任何旋转。

10.根据权利要求1或权利要求2所述的开关设备，其特征在于，其包括对接装置(23，38)，该对接装置在打开操作过程中用于阻挡所述可移动电弧触头(5b)相对于所述开关设备的固定本体(8)的所述平移运动，并且所述电传导性可移动单元(6)的本体具有解锁装置(40)，所述解锁装置设计为在所述电传导性可移动单元(6)的本体被相对于所述可移动电弧触头(5b)移动通过预定距离以后释放所述对接装置。

11.根据权利要求10所述的设备开关，其特征在于，所述对接装置包括固定到所述可移动电弧触头(5b)的第一对接件(23)，以及安装在所述开关设备的所述固定本体(8)上的第二对接件(38)。

12.根据权利要求11所述的开关设备，其特征在于，所述第二对接件(38)形成被安装以在所述固定本体(8)上枢转的触发器(34)的一体部件，所述电传导性可移动单元(6)的本体的所述解锁装置(40)设计为致使所述触发器枢转以释放所述第一对接件与第二对接件(23，38)。

13.一种通过根据上述权利要求的开关设备(1)执行打开操作的方法，其特征在于，至少在所述两个电弧触头(5a，5b)分离以后，所述电弧触头被致使相对于彼此沿着它们的中心轴线(19)旋转。