CN109564831A - 用于单柱式隔离开关的接触臂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于单柱式隔离开关(1)的接触臂(2)及其应用，所述接触臂具有至少一个型材体(5)和至少一个接触元件(6)。所述至少一个型材体(5)设计为杆状并且所述至少一个接触元件(6)设计为具有T形轮廓的条状。应用接触臂(2)的方法包括，在单柱式隔离开关(1)的电流路径接通的状态下，可移动的接触臂(2)的T形的接触元件(6)固定在接触臂(2)的型材体(5)上地与固定触头(19)、尤其是形式为圆条的固定触头(19)电气地和机械地接触。
Description
本发明涉及一种用于单柱式隔离开关的接触臂及其应用，所述接触臂具有至少一个型材体和至少一个接触元件。所述至少一个型材体设计为杆状并且所述至少一个接触元件设计为条状。
单柱式隔离开关用于在高压范围内、也就是尤其在高达1200kV电压的范围内可见地断开电流路径。单柱式隔离开关的典型结构包括至少一个触头，所述触头具有可移动的和固定的接触件。固定的接触件、也就是固定触头例如是空间上固定的圆柱形金属管。接触件由导电良好的材料例如铜，和/或铝制成。
可移动的接触件例如设计为接触臂的形式。所述接触臂为了连接或者断开电流路径而朝向固定触头或者远离固定触头地摆动。在连接或者说接通的状态下，需要在固定触头与可移动的接触臂之间具有良好的电接触，以便通过所述接触无损耗地或者至少低损耗地导引电流。如果接触臂由带有圆形横截面的金属管构成，则在接触臂的金属管与固定触头的金属管之间只存在较小的支承面或者接触面。如果接触臂由具有矩形横截面的金属杆构成，则增大了接触面。这在分隔器的闭合状态下实现了更好的电接触、也就是实现了较小的电损耗，并且降低了不经意地中断电流路径的风险。
为了使单柱式隔离开关的隔离段向外是良好可见的，所述设备没有被封装并且没有安装在壳体中。因此，单柱式隔离开关的元件或者部件暴露于天气影响中。风和/或冰载荷可能导致可移动的接触件移动，尤其导致远离固定触头的移动，这使得电接触变差并且因此导致接触部位上产生更高的电损耗。在极端情况下，电流路径可能不经意地断开并且对所连接的电网产生不利结果。在短路情况下，可能由于较高电流产生力，例如通过围绕电流流通的部件变化的磁场、也就是通过感应产生的力，所述力可能导致可移动的接触臂远离固定触头地移动。这类似于天气影响地可能导致电接触变差并且因此导致接触部位上产生较高的电损耗。在极端情况下，电流路径可能不经意地断开。
由此，单柱式隔离开关的可靠性是有限的，并且高的电损耗可能导致高的成本。安全的、受控的断开和连接可能是受限的或者不可行的。
本发明所要解决的技术问题在于，避免或者减少前述问题。本发明所要解决的技术问题尤其在于，提供一种用于单柱式隔离开关的接触臂和其应用方法，所述接触臂和所述方法能够尤其以在单柱式隔离开关的连接状态下的较低电损耗实现可靠的功能。
给出的技术问题按本发明通过具有按照权利要求1所述特征的用于单柱式隔离开关的接触臂和/或通过按照权利要求11所述的用于在单柱式隔离开关中应用接触臂、尤其是前述接触臂的方法解决。按照本发明的用于单柱式隔离开关的接触臂和/或用于在单柱式隔离开关中应用接触臂的方法的有利设计方案在从属权利要求中给出。在此，独立权利要求的技术方案可以相互结合并且可以与从属权利要求的特征相结合以及从属权利要求的特征可以相互结合。
按照本发明的用于单柱式隔离开关的接触臂包括至少一个型材体和至少一个接触元件，其中，所述至少一个型材体设计为杆状，并且其中，所述至少一个接触元件设计为条状。所述接触元件具有T形轮廓。
具有T形轮廓的接触元件在单柱式隔离开关的闭合状态下实现了良好的电接触，具有较小的电损耗和由此产生的较小成本，尤其即使在不利的天气影响下、例如在有风和/或结冰时和/或在电网中短路时也是如此。由于T形轮廓相对于管状的、即具有较小横截面的O形轮廓或者其它表面形状具有较大的接触面，所以在单柱式隔离开关的闭合状态下能够以较小的电损耗实现可靠的电流。
与在使用两个圆形的条状接触件时的点状接触面不同，贴靠在可移动触头的T形轮廓上的作为固定触头的圆条可以具有长条形的接触面。通过相对于固定触头的圆条的O形轮廓改变的半径或者表面轮廓也可以实现更好的接触。
在接触件沿着接触件的纵轴线移动时的更高接触可靠性通过较大的支承面实现，因为接触可能只局部地沿着纵轴线并且不完全地被中断。较大的支承面同样以较小的电损耗实现了更好的电流流动。
所述至少一个接触元件可以沿着其整个长度具有T形轮廓，尤其是正好一个T形轮廓，并且设计为具有至少一个电接触面的长条形的笔直接触轨(或称为汇流条)的形式。
在整个长度上具有相同的轮廓、形式为T形接触轨的接触元件在单柱式隔离开关的闭合状态下实现了良好电接触，而与可移动的接触件在T形轮廓的表面上相对于固定触头的准确位置无关。在可移动的接触件结冰时，所述接触件的形状可能由于结冰而改变，其中，例如接触臂可能由于冰的重量略微弯曲，此时也可以实现与固定触头的良好接触，因为所述接触与固定触头在接触臂的T形轮廓的表面上的准确位置无关。所述表面沿着T形接触轨的长度是相同的并且在各处均实现相同的接触，而与在表面上的位置无关。
所述至少一个接触元件可以在其上侧以半径r倒圆地设计。所述至少一个接触元件的整个上侧可以是倒圆的，其中，上侧形成电接触面。在倒圆的表面中(在T形形状中，向上指向的面是上侧上的表面)，接触件可以在短路情况下和/或在由于风或者冰载荷而运动时彼此滚动，而不改变有效的接触面或者使接触消失。由此，在单柱式隔离开关的闭合状态下在任何时间点均得到良好的电接触并且避免了电损耗或者接触不受控地断开。
所述至少一个接触元件可以由垂直的和水平的板条构成，其中，两个板条的过渡部设计为直角。
备选地，所述至少一个接触元件可以由垂直的板条和水平的板条构成，其中，这两个板条的过渡部在每一侧上倒圆地设计，尤其以在每一侧上在水平板条的整个长度上延伸的半径和/或以在每一侧上在垂直板条的整个长度上延伸的半径倒圆地设计。
形状可以取决于型材体的形状，其中，接触元件适配到型材体之中或者之上。当型材体中具有带直角棱边的槽时，接触元件与型材体之间的良好接触通过以下接触元件实现：所述接触元件的两个板条的过渡部设计为直角并且所述接触元件可以嵌入所述槽中。当型材体中具有带倒圆的棱边的槽时，接触元件与型材体之间的良好接触通过以下接触元件实现：所述接触元件的两个板条的过渡部倒圆地设计并且所述接触元件可以形状配合地嵌入所述槽中。由此，除了接触元件在型材体之上或之中的良好机械配合，也可以实现型材体与接触元件之间的良好电接触。
所述至少一个型材体可以基本上设计为矩形，尤其具有倒圆的角和棱边。所述型材体可以设计为空心的，和/或在一侧具有槽、尤其是贯穿的槽，接触元件可以嵌入所述槽中。此外，槽同样可以理解为间隙或者贯穿的切缝。
备选地，所述至少一个型材体可以由两个杆状体、尤其是两个杆状的空心体组成，所述杆状体平行地相互间隔地布置并且基本上分别具有卵形形状，所述卵形形状具有两个平行的平坦侧面、尤其是具有两个通过连接片相连的侧面。接触元件可以嵌入两个杆状体之间、尤其是形状配合地嵌入。
这样适配装入型材体中的接触元件可以机械固定地牢固地连接在型材体上，由此形成机械稳定的接触臂，其在整个接触臂上具有良好的导电性能。
所述至少一个型材体和所述至少一个接触元件可以通过螺栓和/或销钉相互连接，尤其布置在至少一个侧向的竖直面上，所述竖直面布置在接触元件的上侧的下方，其中，接触元件的上侧形成电接触面，所述电接触面设计用于与单柱式隔离开关的固定触头建立电接触。螺栓和销钉适用于建立长期稳定的并且导电性良好的连接。通过将固定部件、例如螺栓和/或销钉布置在侧向的竖直面上，接触元件在其上侧的表面、也就是与固定触头的接触面不具有可能干扰良好接触的固定元件。由此为接触提供了完整的接触面。
所述至少一个接触元件可以由铜构成。铜具有良好的导电性能并且可以机械稳定地加工。
所述至少一个型材体可以由铜或者铝构成。铜和铝作为金属具有良好的导电性能，其中，铝具有更好的机械稳定性并且铜实现了更好的、低损耗的电流传导。两种金属适用于形成机械稳定的型材体并且实现了在整个型材体上的良好电流传导。通过机械稳定的型材体同样在机械上稳定了接触元件。
按照本发明的用于在单柱式隔离开关中应用接触臂、尤其是前述接触臂的方法包括，在单柱式隔离开关的电流路径接通的状态下，可移动的接触臂的T形的接触元件固定在接触臂的型材体上地与固定触头、尤其是形式为圆条的固定触头电气地和机械地接触。
当接触臂在固定触头上运动时、尤其是在短路情况下或者在有风或者冰载荷时，接触臂可以在固定触头上滚动，其中，固定触头与T形的接触元件之间的接触面、尤其是T形的接触元件的水平板条的上侧上的表面通过其倒圆持续地得到电接触，接触臂与固定触头之间的有效接触面积保持不变。
按照权利要求11的按照本发明的用于在单柱式隔离开关中应用接触臂的方法的优点类似于按照权利要求1的用于单柱式隔离开关的接触臂的前述优点并且反之亦然。
以下在图1至图7中示意性示出本发明的实施例并且在以下详细描述。
在附图中：
图1以斜视图示意性示出具有固定触头19和按照本发明的接触臂2的单柱式隔离开关1，并且
图2以横截面视图示出如图1所示的接触臂2，其具有矩形的型材体5和接触元件6，并且
图3以斜视图示出图2的接触臂2的一部分，并且
图4以横截面视图示出另一种接触臂2，正如在图1中在单柱式隔离开关1中所示的那样，其具有两个卵形的型材体5和适配装入的接触元件6，并且
图5以斜视图示出图4的接触臂2的一部分，并且
图6以横截面视图示出接触元件6，其由两个板条8、9和板条8、9之间的直角过渡部构成，并且
图7以横截面视图示出接触元件6，其由两个板条8、9和板条8、9之间的倒圆的过渡部构成。
在图1中以斜视图示意性示出具有固定触头19和四个按照本发明的接触臂2的单柱式隔离开关1。所示的单柱式隔离开关1按照受电弓隔离开关或夹紧隔离开关的形式设计。单柱式隔离开关1与电网的一个相连接并且例如可以配属于高压功率开关。电网通常具有3个相，其中，每个相分别借助高压功率开关接通。
为了简单而没有在附图中示出的高压功率开关根据需求受控地接通或者断开电流流动或者高压，也就是连接或者断开电流路径。用于通断(或开关)的触头封装在高压功率开关中，因此其开关状态从外部不可见。为了例如在断开的电流路径上实现安全工作并且使开关状态可见，在断开高压功率开关之后附加地通过隔离开关向外可见地断开电流路径。在接通高压功率开关之前，通过隔离开关向外可见地连接电流路径。电流流动或者高压本身的通断通过高压功率开关实现，以便在通断时控制例如电弧这样的效应。隔离器设计用于在断开之后或者接通之前使开关状态可见并且可靠地确保电流传导的无应力状态。
单柱式隔离开关1，如在图1中作为实施例显示为受电弓隔离开关的那样，具有在空间上固定的固定触头19，其与电网的一个相或导线或者与高压功率开关电连接。该相的电流路径通过至少一个可移动接触臂2的朝向或者远离固定触头19的运动接通或者断开。在至少一个可移动接触臂2与固定触头19机械地和电气地接触时，电流路径通过单柱式隔离开关1闭合或者说导电地连接。在至少一个可移动接触臂2远离固定触头19地运动时，电流路径通过单柱式隔离开关1断开，也就是抑制可能的电流流动。
为了在连接状态下以较小的电损耗确保良好的电接触，单柱式隔离开关1设计为受电弓隔离开关的形式，其具有四个接触臂2，形式为两个接触臂对3、4。类似于两个打开或者闭合的平行的剪子，四个接触臂2朝向固定触头19或者远离固定触头19地运动，直至在接触臂2与固定触头19之间实现良好的接触或者可靠地断开电接触。所述运动例如通过为了简单未在附图中显示的电动机驱动并且可以通过传动机构传递。例如形式为圆形板材的屏蔽件可以对接触臂2的端部进行电屏蔽，以防止在这些区域中出现电晕效应和电击穿。
对于闭合的触头，也就是对于接通的或者处于闭合状态下的隔离开关1，固定触头19由两个分别具有两个可移动接触臂2的可移动的接触臂对3、4分别夹紧在两个可移动的接触臂2之间。在如图1所示的断开状态中，所有接触臂2都与固定触头19充分间隔地布置。所需的距离取决于绝缘要求并且必须达到防止固定触头19与接触臂2之间的电击穿的程度。
在图2中以横截面视图示出接触臂2，其如在图1的单柱式隔离开关1中那样四重地以两个平行的接触臂对3、4使用。按照本发明的接触臂2在图2的实施例中设计具有矩形横截面，所述接触臂2具有型材体5和空间上相连并且导电连接的接触元件6。型材体5、13设计为内部空心的杆状，具有垂直于杆纵轴线的矩形横截面。型材体5的棱边是倒圆的，以防止在角和棱边处放电。在一侧、在图2中即型材体5的上侧上布置有槽或者贯穿的凹处。所述槽线性地沿着型材体5的纵轴线设计并且将型材体5的内部空间与外部空间相连。
接触元件6布置在或者形状配合地嵌入槽中。接触元件6设计为条状，也就是长条形地延伸，尤其是内部不是空心的。接触元件6在横截面中具有T形形状并且类似于轨道地设计。孔在侧向穿过接触元件6延伸地布置在竖直面18上，所述孔与型材体5、13的侧面中的孔对应。螺栓10和/或销钉可以导引通过所述孔地将接触元件6机械稳定和/或导电良好地固定在型材体5上。
在图3中以斜视图示出接触臂2的局部，所述接触臂在图2中以垂直于纵轴线的断面、即横截面显示。为了更好地说明，槽、也就是型材体5中的切缝(T形的接触元件嵌入所述槽中)在后部区域中没有显示接触元件6，并且在前部区域中显示了所布置的接触元件6。示例性地示出三个用于将接触元件6固定在型材体5上的螺栓10。型材体5例如可以由铜或者铝制成。接触元件6为了良好的导电性能和良好的电接触可以由铜制成并且通过型材体5机械稳定地固定。通过所示的结构描述了接触臂2，其在与固定触头19的接触中具有较高的机械稳定性和良好的电接触性能。
在图4中，作为对图2和图3的结构的备选显示了这样的接触臂2，其取代一个具有矩形横截面的型材体5而具有两个带卵形横截面的相互平行布置的型材体5。卵形横截面由两个平坦的、平行的侧面15、16和两个具有半径r的半圆组成，所述侧面在中间通过垂直于侧面15、16的连接片17相互机械地连接，所述连接片沿着型材体5的长度延伸，所述半圆分别将平面15、16的对置端部平行于连接片17地相互连接。
在图5中以斜视图示出图4的接触臂2的局部或者区段或区域。两个型材体5相互间隔地、彼此平行地布置，由此在型材体5之间形成缝隙。与图2和图3中的槽内的接触件6类似，T形的接触件6布置在所述缝隙中。螺栓10或者销钉可以用于将型材体5彼此间并且与接触件6机械稳定地连接。具有螺母的螺栓10可以如图4所示地经由接触臂2的外侧15、16或者说两个型材体5的外侧15、16将接触臂保持在一起和/或挤压在一起。备选地或者交替地，具有螺母的螺栓10可以作用在型材体5的内表面18上，以便将接触臂或者说型材体5和接触件6保持在一起和/或挤压在一起。
如在图6和图7中以垂直于接触件6的纵轴线的剖视图示出的那样，接触件6具有两个板条8、9。T形形状由下部的垂直板条8或梁和位于垂直板条8之上的水平板条9构成。接触件6以水平板条9的下侧放置在型材体5上。垂直板条8在图4和图5中布置在型材体5之间或者在图2和图3中布置在型材体5内。在接触元件6并且因此接触臂2的上侧7、也就是向上指向的表面上，接触元件6具有弯曲部、也就是板条9在其上侧向上弯曲或者说设计为具有半径r的圆形。所述弯曲部沿着接触元件6的横截面从一侧向另一侧沿着图6和图7中的水平板条9的整个宽度延伸。
通过接触元件6的以曲率半径r弯曲的上表面，固定触头19可以在接触臂2相对于固定触头19运动时在接触元件6的弯曲的上表面上滚动。例如由于比如风等的环境影响或者接触臂2的冰层或者在电流短路时由于来自电流流过的导体的磁场的力而产生了运动。通过弯曲的表面7，在单柱式隔离开关1的闭合状态下，在接触臂2相对于固定触头19运动时保持了不变的电接触，在接触臂2与固定触头19之间的接触面积的尺寸相同。尽管存在环境影响如风和冰和/或电流短路，电接触在单柱式隔离开关1的闭合状态下在时间上保持不变。
接触元件6与型材体5之间导电良好的和机械稳定的接触通过尽可能大的共同接触面形成。在图2和图3的实施例中，型材体5具有矩形横截面和布置有接触元件6的槽，在垂直的和水平的板条8、9在其接触位置上的过渡部11呈直角时，在接触元件6与型材体5之间形成较大的接触面。T形接触元件6的两侧上的直角内部棱边11能够使接触元件6形状配合地插入图2和图3的型材体5的槽或者缝隙中。
在图4和图5的实施例中，具有两个带卵形横截面的型材体5和处于相互平行布置的型材体5之间的缝隙，接触元件6布置在所述缝隙中，在垂直的和水平的板条8、9在其接触位置上的过渡部11弯曲时，在接触元件6与型材体5之间形成较大的接触面。T形的接触元件6的两侧上的倒圆的内部棱边12能够使接触元件6形状配合地插入图4和图5的卵形型材体5之间的缝隙中。过渡部12的半径r和型材体的卵形端部14的半径r基本上大小相同。
之前描述的实施例可以相互结合和/或与现有技术相结合。因此，接触臂例如可以使用在不同类型的单柱式隔离开关1中。可以使用具有一个、两个或者更多的接触臂2的受电弓隔离开关。取代单柱式隔离开关1也可以使用具有多个、尤其是可移动的柱的隔离开关。隔离开关可以用于电网中的一个或者更多的相。
型材体5可以具有不同的形状。由此，型材体5例如可以如图2和图3所示地设计为具有倒圆棱边的矩形，设计具有一个或更多的切缝，或者型材体5例如可以如图4和图5所示地设计为卵形，设计具有一个或者更多的缝隙。设计为卵形的型材体5可以具有椭圆形的横截面。一个或者分别有一个接触元件6布置在所述切缝中。两个或者更多的型材体5可以尤其相互平行地布置，如图4和图5所示，并且接触元件6或者多个接触元件6可以布置在或者分别布置在型材体5之间。在此，型材体5可以具有例如矩形、卵形和/或椭圆形的横截面。所有的型材体5可以分别设计具有相同的横截面或者不同的横截面，尤其具有不同的形状。也可以使用图2、3和4、5的实施例的组合，其中接触元件6布置在型材体5之间或者相应的型材体5的切缝中。
接触元件6和型材体5可以不通过螺栓10或者销钉相互连接，而是例如通过焊接或者粘接相互连接。接触元件6和/或型材体5可以是涂层的、例如镀银，以实现更好的导电性能。接触臂1的部件或者元件之间的接触面尤其可以是涂层的。型材体5和/或接触元件7可以由一种材料、尤其是导电良好的材料如铜、钢或者铝制造，和/或可以包括不同的材料和/或合金。
附图标记清单
1 单柱式隔离开关
2 接触臂
3 第一接触臂对
4 第二接触臂对
5 型材体
6 接触元件
7 接触元件的上侧
8 垂直板条
9 水平板条
10 具有螺母的螺栓
11 直角的板条过渡部
12 倒圆的板条过渡部
13 具有矩形形状的型材体
14 具有卵形形状的型材体
15 第一平坦侧面
16 第二平坦侧面
17 连接片
18 用于螺栓的竖直面
19 固定触头
Claims (12)
1.一种用于单柱式隔离开关(1)的接触臂(2)，所述接触臂具有至少一个型材体(5)和至少一个接触元件(6)，其中，所述至少一个型材体(5)设计为杆状，并且其中，所述至少一个接触元件(6)设计为条状，其特征在于，所述接触元件(6)具有T形轮廓。
2.按权利要求1所述的接触臂(2)，其特征在于，所述至少一个接触元件(6)沿着其整个长度具有T形轮廓，尤其是正好一个T形轮廓，并且设计为具有至少一个电接触面的长条形的笔直接触轨的形式。
3.按前述权利要求之一所述的接触臂(2)，其特征在于，所述至少一个接触元件(6)在其上侧(7)以半径r倒圆地设计，尤其是所述至少一个接触元件(6)的整个上侧(7)是倒圆的，其中，上侧(7)形成电接触面。
4.按前述权利要求之一所述的接触臂(2)，其特征在于，所述至少一个接触元件(6)由垂直的和水平的板条构成，其中，两个板条的过渡部(11)设计为直角。
5.按权利要求1至3之一所述的接触臂(2)，其特征在于，所述至少一个接触元件(6)由垂直的板条和水平的板条构成，其中，这两个板条的过渡部(12)在每一侧上倒圆地设计，尤其以在每一侧上在水平板条的整个长度上延伸的半径和/或以在每一侧(18)上在垂直板条的整个长度上延伸的半径倒圆地设计。
6.按前述权利要求之一所述的接触臂(2)，其特征在于，所述至少一个型材体(5)基本上设计为矩形，尤其具有倒圆的角和棱边，和/或设计为空心的，和/或在一侧具有槽、尤其是贯穿的槽，接触元件(6)嵌入所述槽中。
7.按权利要求1至5之一所述的接触臂(2)，其特征在于，所述至少一个型材体(5)由两个杆状体、尤其是两个杆状的空心体组成，所述杆状体平行地相互间隔地布置并且基本上分别具有卵形形状(14)，所述卵形形状具有两个平行的平坦侧面(15、16)、尤其是具有两个通过连接片(17)相连的侧面，并且接触元件(6)尤其嵌入两个杆状体之间、尤其是形状配合地嵌入。
8.按前述权利要求之一所述的接触臂(2)，其特征在于，所述至少一个型材体(5)和所述至少一个接触元件(6)通过螺栓(10)和/或销钉相互连接，尤其布置在至少一个侧向的竖直面(18)上，所述竖直面布置在接触元件(6)的上侧(7)的下方，其中，接触元件(6)的上侧(7)形成电接触面，所述电接触面设计用于与单柱式隔离开关(1)的固定触头(19)建立电接触。
9.按前述权利要求之一所述的接触臂(2)，其特征在于，所述至少一个接触元件(6)由铜构成。
10.按前述权利要求之一所述的接触臂(2)，其特征在于，所述至少一个型材体(5)由铜或者铝构成。
11.一种用于在单柱式隔离开关(1)中应用接触臂(2)、尤其是按前述权利要求之一所述的接触臂(2)的方法，其中，在单柱式隔离开关(1)的电流路径接通的状态下，可移动的接触臂(2)的T形的接触元件(6)固定在接触臂(2)的型材体(5)上地与固定触头(19)、尤其是形式为圆条的固定触头(19)电气地和机械地接触。
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，当接触臂(2)在固定触头(19)上运动时、尤其是在短路情况下或者在有风或者冰载荷时，接触臂(2)在固定触头(19)上滚动，其中，固定触头(19)与T形的接触元件(6)之间的接触面、尤其是T形的接触元件(6)的水平板条的上侧(7)上的表面通过其倒圆持续地得到电接触，接触臂(2)与固定触头(19)之间的有效接触面积保持不变。
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