CN109416993A - 具有灭弧装置的开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在真空开关管中或在以气体灭弧的情况中应用的具有灭弧装置的开关设备，并涉及一种用于运行在真空开关管中或在以气体灭弧的情况中应用的、具有灭弧装置的、用于中压、低压和/或高压应用的开关设备的方法。

Description

具有灭弧装置的开关
本发明涉及一种开关设备，其具有真空开关管，或者在气体灭弧情况中具有灭弧装置，并且本发明涉及一种用于操作具有灭弧装置的开关设备的方法。
从普通的现有技术中已知具有由移动触点和固定触点构成的触点系统以及灭弧装置的开关设备。例如，具有固定触点和可旋转地支承的移动触点的开关在低压领域中是已知的，其中灭弧装置还可以以灭弧片的形式提供。
因此，US20120261382A1描述了这样的系统，其具有移动触点、固定触点和灭弧装置，其中灭弧装置由分弧片和磁场产生装置组成，该磁场产生装置将产生的电弧压入分弧片中。
从WO2014086587中已知一种开关设备，其中在打开触点系统时出现的电弧导致产生逆电流，该逆电流与外部施加电压相反地形成。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有改进的灭弧性能的开关设备。
所述技术问题通过独立权利要求1和10以及它们的从属权利要求来解决。
在一个实施例中，一种用于应用在真空开关管或气体绝缘开关设备的开关设备具有带有至少一个移动触点和至少一个固定触点的触点系统，其中移动触点与第一电触点的导电地连接并且固定触点与第二电触点导电地连接。此外，开关设备具有灭弧装置，灭弧装置具有用于产生在垂直于移动触点的运动方向的平面中构成的磁场的装置，其中，用于产生磁场的装置具有U形芯，该U形芯的基座布置在固定触点和固定触点的构成第一电流回路的电的连接导线之间，其中，所述连接导线将以及固定触点与第二电触点导电地连接，并且它的两个侧臂、即U形芯的侧臂沿着触点系统包围所述触点系统地延伸。
在这种情况下，灭弧装置还包括两个或更多个灭弧电极，其中：
-两个或更多个灭弧电极相对触点系统侧向错移地布置，使得触点系统的移动触点在其移动中不被两个或更多个灭弧电极限制，
-在触点系统的打开状态下，两个或更多个灭弧电极侧向错移地位于移动触点和固定触点之间，
-两个或更多个灭弧电极垂直于移动触点的运动方向布置，并且
-两个或更多个灭弧电极布置在用于产生磁场的装置的U形芯的敞开的侧面上，洛伦兹力朝向该侧面地作用在用于产生磁场的装置的磁场中的、电弧的等离子体中的移动的电子上。
此外，灭弧装置具有电的反脉冲装置，用于在灭弧电极之间产生电的反脉冲。这是通过电容器、线圈或其他电路来完成的，这些电路产生电的反脉冲以熄灭灭弧电极之间的电弧。电的反脉冲装置具有至少一个第一电容器、至少一个线圈和/或至少一个其他电路用于产生电的反脉冲，其中电的反脉冲装置：
-与第一个电触点和第二个电触点导电地相连，并且
-电的反脉冲装置与两个或更多个灭弧电极导电连接，使得两个或多个灭弧电极的第一灭弧电极在空间上相比移动触点更靠近固定触点，并且电的反脉冲装置以第一侧与第一灭弧电极导电连接，其中所述第一侧具有第一电触点的极性，并且
-电的反脉冲装置这样与两个或更多个灭弧电极导电连接，使得两个或更多个灭弧电极的第二灭弧电极在空间上相比固定触点更靠近移动触点，并且电的反脉冲装置以第二侧与第二灭弧电极导电连接，其中所述第二侧具有第二电触点的极性。
如果使用两个以上的灭弧电极，则它们应该如此布置并与电的反脉冲装置电连接，使得至少两个灭弧电极与电的反脉冲装置这样导电连接，即使得两个相邻的灭弧电极或者两个通过一个或多个灭弧电极隔开的灭弧电极分别实现一个电弧路径，其中第一灭弧电极在触点系统打开的状态下在空间上比第二灭弧电极更靠近固定触点，并且电的反脉冲装置以第一侧与第一灭弧电极导电连接，其中所述第一侧具有第一电触点的极性，并且第二灭弧电极在触点系统打开的状态下在空间上比第一灭弧电极更靠近移动触点，并且电的反脉冲装置以第二侧与第二灭弧电极导电连接，其中所述第二侧具有第二电触点的极性。
通过上述结构，当触点系统打开时，形成的电弧通过灭弧装置(其具有用于产生在垂直于移动触点的运动方向的平面中构成的磁场的装置)向两个或更多个灭弧电极移动，并且电弧跳火到灭弧电极上。由此，电的反脉冲装置进一步放电，使得通过灭弧电极将针对电弧电流的反脉冲引入到灭弧装置中，以将电弧熄灭。
具有两个灭弧电极的灭弧装置是优选的。
灭弧电极优选设计成灭弧板的形式。
还优选的是，灭弧电极这样部分地绝缘，使得仅这样的区域是不绝缘的，在该区域中电弧从触点系统的触点跳火至灭弧电极上，和/或在该区域中电弧在灭弧电极之间跳火。
特别优选的是，绝缘体构成围绕相应的灭弧电极的U形绝缘护套。
特别优选地，U形绝缘护套的侧臂不是等长地或至少不是完全等长地构成。由此，可以实现对电弧形成的额外控制。特别地，这可以额外防止电弧跳到可能的屏蔽元件上。
进一步优选的是，灭弧板平行于U形芯的基座布置。
还优选的是，灭弧板在面向触点系统的一侧上的具有相对于板增大的表面，表面的增大特别是通过增厚或弯曲灭弧板来实现。弯曲的灭弧板优选具有一半径，也即至少部分弯曲成圆弧的区域。
还优选的是，对于电的反脉冲装置的放电不需要灭弧电流开关元件，因为开关过程由灭弧板中的电弧启动。然而，替代地，电的反脉冲装置的放电可以由作为额外开关元件的灭弧电流开关元件触发。因此实现了，仅当电弧已经跳到灭弧电极时，也就是说它已经换向到通过灭弧电极形成的路径上时，用于产生逆脉冲的电势才加载到灭弧电极上。
还优选的是，触点系统的打开和灭弧电流开关元件的闭合之间的延迟时间是可调节的和/或可设置的，其中延迟时间可以是零或小于零或大于零。延迟时间在几毫秒到几十毫秒的范围内是优选的。
还优选的是，U形芯是U形铁芯。
优选的是，开关设备设置在真空开关管中。
备选地，开关设备也可以布置在气体绝缘区域或空气绝缘区域中。
进一步优选的是，电的反脉冲装置设计有电容器，并且由第一电容器、第二电容器和第三电容器组成，并且第一电容器，第二电容器和第三电容器串联连接。
备选地，变压器可以在有或没有附加的第一电容器的情况下被使用。然后，电的反脉冲装置具有至少一个由第一电容器和变压器组成的并联电路，其中第一电容器与两个或更多个灭弧电极导电连接。在没有附加的第一电容器的情况下，电的反脉冲装置仅具有至少一个变压器，其中至少一个变压器与两个或更多个灭弧电极导电连接。具有变压器的实施例提供了在主电路和电的反脉冲装置之间的电流隔离。
还优选的是，移动触点通过弯曲成90°的第二电流回路被导电接触，并且移动触点与弯曲成90°的第二电流回路的至少一部分这样布置在所述装置的U形芯中，使得在已通电流的触点系统打开时在所述移动触点上作用第二力，所述第二力指向打开的移动触点的方向。第二电流回路尤其相对移动触点的运动方向弯折90°。
还优选的是，触点系统的打开仅通过第二力进行。
备选地，触点系统的打开可以通过从灭弧装置的外部传递到移动触点的外力和第二力来实现。这意味着触点系统的打开，例如，除了第二力之外，另外的力作用在移动触点上，使得移动触点离开固定触点。所述另外的力可以例如通过弹簧元件、机械弹簧元件或机械的或电磁的驱动器产生。
进一步优选的是，开关设备设计用于中压、低压和/或高压应用，也就是说其设计用于低压、中压和/或高压的开关。
特别优选地，开关设备设计用于中压和/或高压应用，其被设计用于中压和/或高压的开关。
还优选的是，开关设备设计为用于开关直流电的开关设备。
备选地，开关设备设计为用于开关交流电的开关设备。
进一步优选的是，开关设备用于限制电流。
还优选的是，触点系统的移动触点通过滑动触点或柔性导体或两者的组合与第一电触点连接。
在一个实施例中，用于运行如上所述的开关设备的方法包括，当触点系统打开时，形成的电弧通过灭弧装置(其具有用于产生在垂直于移动触点的运动方向的平面中构成的磁场的装置)向两个或更多个灭弧电极移动，并且由此电的反脉冲装置这样放电，使得通过灭弧电极将针对电弧电流的反脉冲引入到灭弧装置中，使得电弧在灭弧装置中被熄灭。
下面结合两个附图和实施例(参照其附图)阐述本发明。在附图中：
图1示出具有打开的触点系统的开关设备的实施例的示意图。
图2示出具有打开的触点系统(具有备选的电的逆脉冲装置)的开关设备的实施例的示意图。
图1示意性地示出了具有打开的触点系统4的开关设备1。触点系统4包括固定触点5和移动触点7。触点系统4和用于产生灭弧装置的磁场42的装置13布置在真空管10中，在图1中仅示出了真空管10。
移动触点7通过第二导体回路6和滑动触点9与第一电触点2连接。移动触点7在此例如在轴承11中被引导。移动触点7在真空管上的真空密封连接可通过伸缩管或风箱或波纹管完成—此处未显示。这种装置也可以在未示出的气体中操作。固定触点5通过第一电流回路6与第二电触点3连接。
触点系统4布置在灭弧装置中，该装置包括用于产生磁场42的装置13。组件13包括U形芯14，其具有基座15、第一侧臂19和第二侧臂20。侧臂19、20封闭U形芯的两侧，而另外两侧是敞开的。U形芯14的与基座15相对的区域同样是敞开的。
第一灭弧电极34和第二灭弧电极36横向偏离触点系统4布置，使得触点系统4的移动触点7在其运动中不会被两个灭弧电极34、36限制。在触点系统4的打开状态下，两个灭弧电极34、36侧向偏移地位于移动触点7和固定触点5之间。两个灭弧电极34、36位于U形芯14的敞开侧面之一上，也就是在U形芯14的这个敞开的侧面上，洛伦兹力38朝向该侧面地、作用于在装置13的磁场42中的、电弧22的等离子体中的移动的电子上。
在图1中，灭弧电极具有U形绝缘护套59。
图1示出了第一电触点2处于负电位而第二电触点3处于正电位的情况。在相反极性下该装置类似地工作，从而既可以连接交流电流也可以连接直流电流。通过由于电势差而流过的电流、当触点系统4打开时出现电弧22，在电弧的等离子体中电子从移动触点7移动到固定触点5。通过由装置13产生的磁场42，电弧22的等离子体的电子朝向灭弧电极34、36的方向移动。结果，电弧跳火到灭弧电极36、34上。灭弧装置还具有带有至少一个第一电容器46的电的反脉冲装置44。在图1所示的实施例中，电的反脉冲装置44具有电容器46、第二电容器45和第三电容器47。
电的反脉冲装置44连接到第一电触点2和第二电触点3。
第一灭弧电极34在触点系统4的打开状态中在空间上相对移动触点7而言更靠近固定触点5布置，第一灭弧电极34电连接到第一电容器46的具有第一电触点2的极性的侧面。
第二灭弧电极36在触点系统4的打开状态下在空间上相对固定触点5而言更靠近移动触点7布置，第二灭弧电极36电连接到第一电容器46的具有第二电触点3的极性的侧面。
通过灭弧电极34、36的这种布置和电连接，当电弧从一个触点(这里是移动触点7)经过灭弧电极36、34跳火到另一个触点(这里是固定触点5)上时，来自电容器46的逆电流馈入灭弧装置。这导致电弧22的熄灭。
此外，通过弯折了90°的第二导体环6’、在该导体环6’中流动的电流和通过装置13产生的磁场42在移动触点上产生力，其导致触点系统4的打开或者加速触点系统4的打开。
图2示出了图1的开关设备1的实施例和额外的两个用于电的反脉冲装置44的备选实施例，其具有变压器46或者变压器46’和第一电容器。
图2与图1类似地示出了具有移动触点7和固定触点5的触点系统4的结构。固定触点5通过第一电流回路6与第二电触点3电连接。移动触点7通过第二电流回路6’和滑动触点9与第一触点2电连接。
移动触点可移动地支承在轴承11中并且可以在运动方向12上移动。
具有U形芯14、基部15和第一侧臂19以及第二侧臂20的装置13用于产生磁场42，在触点系统4中出现电弧22的情况下，磁场42连同电弧22的等离子体中的电子的移动产生洛伦兹力38。
由于洛伦兹力38，电弧通过灭弧电极34、36移动到电弧路径22’上。当电弧跳火到灭弧电极34、36上时，通过电的反脉冲装置44将反向脉冲连接到灭弧电极34、36上并且因此电弧22在电弧路径22’上被熄灭。
由磁场42和导体环6’中的电流60产生的在移动触点7上的力58与图1类似地示出。
图2中的灭弧电极34、36又具有可选的U形绝缘护套59。
此外，灭弧电极34、36具有可选的表面增大结构，并因此分别构成具有表面增大结构34’的第一灭弧电极和具有表面增大结构36’的第二灭弧电极。
除了来自图1的具有第一电容器46，第二电容器45和第三电容器47的电的反脉冲装置44之外，图2还示出了两个可选的电的反脉冲装置44。然而，仅使用电的反脉冲装置44的一种变型。
第一可选的电反脉冲装置44具有变压器46’和与变压器46’并联的第一电容器46。电容器46类似于图1地这样与灭弧电极34、36相连，使得在电弧22的情况下，通过来自电的反脉冲装置44的反脉冲在电弧路径22’上熄灭电弧22。
第二可选的电反脉冲装置44具有变压器46’。变压器46’类似于图1地这样与灭弧电极34、36相连，使得在电弧22的情况下，通过来自电的反脉冲装置44的反脉冲在电弧路径22’上熄灭电弧22。
未示出和进一步详述的可行方案在于，在变压器46’的前面和后面设置一个或多个另外的电容器。
附图标记清单
1 开关设备
2 第一电触点
3 第二电触点
4 触点系统
5 触点系统的固定触点
6 用于连同装置13产生磁场的第一电流回路
6’ 用于在移动触点上产生力58的第二电流回路
7 触点系统的移动触点
9 滑动触点
10 真空管
11 轴承
12 运动方向
13 装置
14 U形芯
15 基座
19 第一侧臂
20 第二侧臂
22 电弧
34 第一灭弧电极
34’ 具有表面增大结构的第一灭弧电极
36 第二灭弧电极
36’ 具有表面增大结构的第二灭弧电极
38 由磁场42和电子的运动产生的洛伦兹力
42 通过装置13构成的磁场和磁场的方向
44 电的反脉冲装置
45 第二电容器
46 第一电容器
46’ 变压器
47 第三电容器
58 由磁场42和在导体回路6’中的电流60产生的作用在移动触点上的力
59 U形绝缘护套
60 电或电流I

Claims (13)

1.一种在真空开关管(10)中或在以气体灭弧的情况中应用的开关设备(1)，其具有：
-触点系统(4)、移动触点(7)和固定触点(5)，其中移动触点(7)与第一电触点(1)导电地连接并且固定触点(5)与第二电触点(2)导电地连接，
-灭弧装置，灭弧装置具有用于产生在垂直于移动触点(7)的运动方向(12)的平面中构成的磁场(42)的装置(13)，其中，用于产生磁场的装置(13)具有U形芯(14)，该U形芯的基座(15)布置在固定触点(5)和固定触点(5)的构成第一电流回路(6)的电的连接导线之间，其中，所述连接导线将固定触点(5)与第二电触点(3)导电地连接，并且U形芯的两个侧臂(19、20)沿着触点系统(4)包围所述触点系统地延伸，
其特征在于，灭弧装置还具有两个或更多个灭弧电极(34、36)，其中：
-两个或更多个灭弧电极(34、36)相对触点系统(4)侧向错移地布置，使得触点系统(4)的移动触点(7)在其移动中不被两个或更多个灭弧电极(34、36)限制，
-在触点系统(4)的打开状态下，两个或更多个灭弧电极(34、36)侧向错移地位于移动触点(7)和固定触点(5)之间，
-两个或更多个灭弧电极(34、36)垂直于移动触点的运动方向(12)布置，并且
-两个或更多个灭弧电极(34、36)布置在用于产生磁场(42)的装置(13)的U形芯(14)的敞开的侧面上，洛伦兹力(38)能够朝向该侧面地、作用在用于产生磁场(42)的装置(13)的磁场(42)中的、电弧(22)的等离子体中的移动的电子上，
并且，灭弧装置还具有电的反脉冲装置(44)，所述反脉冲装置(44)具有至少一个第一电容器(46)和/或至少一个变压器(46’)，其中电的反脉冲装置(44)：
-与所述第一个电触点(2)和第二个电触点(3)导电地相连，并且
-电的反脉冲装置(44)与两个或更多个灭弧电极(34、36)导电连接，使得两个或多个灭弧电极(34、36)的第一灭弧电极(34)在触点系统(4)的打开状态中在空间上相比移动触点(7)更靠近固定触点(5)，并且第一电容器(46)和/或至少一个变压器(46’)以第一侧与第一灭弧电极(34)连接，其中所述第一侧具有第一电触点(2)的极性，并且
-电的反脉冲装置(44)这样与两个或更多个灭弧电极(34、36)连接，使得两个或更多个灭弧电极(34、36)的第二灭弧电极(36)在触点系统(4)的打开状态中在空间上相比固定触点(5)更靠近移动触点(7)，并且第一电容器(46)和/或至少一个变压器(46’)以第二侧与第二灭弧电极(36)连接，其中所述第二侧具有第二电触点(3)的极性。
2.按照权利要求1所述的在真空开关管(10)中或在以气体灭弧的情况中应用的开关设备(1)，其特征在于，电的反脉冲装置(44)由第一电容器(46)组成或者由第一电容器(46)、第二电容器(45)和第三电容器(47)组成，并且第一电容器(46)，第二电容器(45)和第三电容器(47)串联连接。
3.按照权利要求1所述的在真空开关管(10)中或在以气体灭弧的情况中应用的开关设备(1)，其特征在于，电的反脉冲装置(44)具有至少一个由第一电容器(46)和变压器(46’)组成的并联电路，其中第一电容器(46)与两个或更多个灭弧电极(34、36)导电连接，或者，电的反脉冲装置(44)仅具有至少一个变压器(46’)，其中所述至少一个变压器(46’)与两个或更多个灭弧电极(34、36)导电连接。
4.按照权利要求1至3之一所述的在真空开关管(1)中或在以气体灭弧的情况中应用的开关设备(1)，其特征在于，移动触点(7)通过弯曲成90°的第二电流回路(6’)被接触，并且移动触点(7)与弯曲成90°的第二电流回路(6’)的至少一部分这样布置在所述装置(13)的U形芯(14)中，使得在已通电流的触点系统(4)打开时在所述移动触点(7)上作用第二力(58)，所述第二力指向打开的移动触点的方向。
5.按照权利要求4所述的在真空开关管(1)中或在以气体灭弧的情况中应用的开关设备(1)，其特征在于，触点系统(4)的打开仅通过第二力(58)进行。
6.按照权利要求4所述的在真空开关管(1)中或在以气体灭弧的情况中应用的开关设备(1)，其特征在于，触点系统(4)的打开可以通过从灭弧装置的外部传递到移动触点(7)的外力和第二力(58)来实现。
7.按照前述权利要求之一所述的在真空开关管(1)中或在以气体灭弧的情况中应用的开关设备(1)，其特征在于，开关设备(1)设计用于中压、低压和/或高压应用，尤其用于中压和/或高压应用。
8.按照前述权利要求之一所述的在真空开关管(1)中或在以气体灭弧的情况中应用的开关设备(1)，其特征在于，开关设备(1)是用于直流电的开关设备。
9.按照前述权利要求之一所述的在真空开关管(1)中或在以气体灭弧的情况中应用的开关设备(1)，其特征在于，开关设备(1)是用于交流电的开关设备。
10.按照前述权利要求之一所述的在真空开关管(1)中或在以气体灭弧的情况中应用的开关设备(1)，其特征在于，开关设备(1)是用于限制电流的开关设备。
11.按照前述权利要求之一所述的在真空开关管(1)中或在以气体灭弧的情况中应用的开关设备(1)，其特征在于，触点系统(4)的移动触点(7)通过滑动触点(9)和/或柔性导体与第一电触点(2)连接。
12.一种用于运行按照前述权利要求之一所述的开关设备(1)的方法，其特征在于，当触点系统(4)打开时，形成的电弧(22)通过灭弧装置向两个或更多个灭弧电极(34、36)移动，并且由此电的反脉冲装置(44)这样放电，使得通过灭弧电极(34、36)将针对电弧电流的反脉冲引入到触点系统(4)中，使得电弧在灭弧装置(22)中被熄灭，所述灭弧装置具有用于产生在垂直于移动触点(7)的运动方向(12)的平面中构成的磁场的装置(13)。
13.按照权利要求12所述的用于运行开关设备(1)的方法，其特征在于，电的反脉冲装置(44)的反脉冲是电压或者电流。
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