CN110890241B - 开关设备 - Google Patents

开关设备 Download PDF

Info

Publication number
CN110890241B
CN110890241B CN201910849242.0A CN201910849242A CN110890241B CN 110890241 B CN110890241 B CN 110890241B CN 201910849242 A CN201910849242 A CN 201910849242A CN 110890241 B CN110890241 B CN 110890241B
Authority
CN
China
Prior art keywords
movable contact
semiconductor device
fixed contact
stack
terminal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910849242.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110890241A (zh
Inventor
A·比安科
R·彭佐
C·博费利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
Publication of CN110890241A publication Critical patent/CN110890241A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110890241B publication Critical patent/CN110890241B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/02—Bases, casings, or covers
    • H01H9/0271—Bases, casings, or covers structurally combining a switch and an electronic component
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/548—Electromechanical and static switch connected in series
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/547—Combinations of mechanical switches and static switches, the latter being controlled by the former
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/56—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
    • H01H1/38—Plug-and-socket contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

一种用于低压或中压配电网络的开关设备(1)，所述开关设备包括一个或多个电极(2)，以及对于每个电极：‑绝缘壳体(3)，限定所述电极的内部容积(20)；‑第一极端子(16)和第二极端子(17)，分别与电源(101)的对应的电相导体(101A)以及与电负载(102)的对应的电相导体(102A)电连接；‑可动触头(4)和固定触头(5)，该可动触头(4)和固定触头(5)能够彼此耦合/解耦，所述固定触头与所述第一极端子电连接，所述可动触头与所述第二极端子电连接；‑半导体器件(60)的堆叠(6)，适于根据提供给它的电压而切换到导通状态或阻断状态。

Description

开关设备
技术领域
本发明涉及用于低压或中压配电网络的开关装置领域。
更特别地，本发明涉及用于低压或中压配电网络的改进的开关设备。
在另一方面，本发明涉及一种包括上述开关设备的开关装置。
背景技术
在本发明的框架内，术语“低压”(LV)涉及低于1kV AC和1.5 kV DC的标称操作电压，而术语“中压”(MV)涉及高于1kV AC 和1.5kV DC直到几十kV(例如直到72kV AC和100kVDC)的标称操作电压。
如已知的，开关设备被安装在配电网络中，以用于将电源(例如，电力线路)与一个或多个相关联的电气负载连接/断开连接。
更传统的开关设备包括一个或多个电极，每个电极具有能够在第一操作位置与第二操作位置之间移动的可动触头，在该第一操作位置中，该可动触头被耦合到对应的固定触头，在该第二操作位置中，该可动触头与固定触头解耦。
每个电极被电连接到电力线路和相关联的电力负载，使得电流可以通过由耦合的固定触头和可动触头提供的主导通路径在电力线路与电负载之间流动。
另一方面，当可动触头与对应的固定触头解耦时，例如在故障的情况下，流向电负载的电流被中断。
在现有技术的一些开关设备(例如在专利文献EP2523203和 WO2017/005474A1中公开的那些开关设备)中，每个电极设置有多个半导体器件(通常为功率二极管)，这些半导体器件被配置为仅允许根据预定方向流动的电流通过。
这些半导体器件彼此串联电连接，并且被布置为允许或阻断沿着辅助导通路径流动的电流的通过，该辅助导通路径与所述主导通路径并联电连接。
如已知的，在这些开关设备中，可动触头的移动与电力线路电压和负载电流的波形的适当同步允许在运行期间减少显著的寄生现象，例如在断开操纵期间(当电力线路与例如电容器组的电负载断开时)的电弧的产生。另一方面，这种同步允许限制在闭合操纵期间(当电力线路与电负载电耦合时)所产生的可能的浪涌电流和瞬态过电压。
不幸的是，上述类型的开关设备具有一些关键方面。
为了限制电极的尺寸，通常采用具有小尺寸的功率二极管，这种功率二极管不能承受高于给定阈值(通常对于标准设备约为1kV) 的操作电压。
由于电极中的标称操作电压可能达到几十kV，所以必须采用大量的功率二极管。
然而，这可能使得可动触头的移动与同电极相关的电气量的波形同步困难，特别是在开关设备的断开操纵期间。
如已知的，这种困难的同步可能导致在电触头之间形成微弧，这已被证明显著地降低了电触头的操作寿命。
另外，这些开关设备通常不能承受例如以“kA”为量级的高电流水平。明显的是，该事实显著地限制了它们在配电网络中的使用，因为它们不能提供短路切换能力。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种用于LV或MV配电网络的开关设备，该开关设备允许克服现有技术的缺点。
在这个目的内，本发明的目的是提供一种开关设备，该开关设备显示了在断开/闭合操纵期间的寄生现象的减少方面的改进的性能。
本发明的另一目的是提供一种开关设备，即使在存在短路电流的情况下也示出改进的开关性能。
本发明的另一目的是提供一种具有电极的开关设备，该电极具有紧凑并且鲁棒的结构。
本发明的另一目的是提供一种在工业级制造的相对简单并且廉价的开关设备。
上述目标和目的以及将从以下描述和附图清楚地显现的其它目的根据本发明通过根据以上内容的用于 LV或MV配电网络的开关设备提供。
在另一方面，根据以上的内容，本发明提供用于LV或 MV设施的开关装置。
附图说明
通过仅经由附图中的非限制性示例示出的优选实施例的详细描述，本发明的特性和优点将变得更加明显，在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的开关设备；
图2-4示意性地示出了根据本发明的实施例的开关设备的电极在不同操作条件下的截面视图；
图5-6示意性地示出了图2-4的实施例所示的电极的剖面视图；
图7-8示意性地示出了根据本发明的另一实施例的开关设备的电极的剖面视图；
图9-12示意性地示出了根据本发明的开关设备的电极的操作。
具体实施方式
参考所引用的附图，本发明涉及一种开关设备1。
开关设备1特别地适于在MV配电网络中使用，并且将在下文中参考这样的特定应用来描述开关设备1。然而，开关设备1也可以方便地用于LV配电网络中。
开关设备1适于将电源101(例如电力线路)与或从一个或多个相关联的电负载102(图9)电连接或断开。
开关设备1特别适于馈送电容性负载，并且将在下文中参考这样的特定应用来描述开关设备1。然而，原则上，根据需要，电负载 102可以是任何类型。
开关设备1包括一个或多个电极2(例如，如图1所示的三个)。
每个电极2电连接到电源101的对应的相导体101A并且电连接到相关联的电负载102的对应的负载导体102A(图9)。
每个电极2包括限定内部容积20的绝缘壳体3，在该内部容积 20中容纳了所述电极的多个部件。
壳体3沿着纵向轴线100延伸，优选地具有圆柱形形状，并且具有底端31和顶端32，在底端31处其被固定到开关设备1的主支撑结构1A，顶端32与底端31相对并且相对于主支撑结构1A向远侧定位。
方便地，壳体3由可以是已知类型的电绝缘材料制成。
每个电极2包括第一极端子16和第二极端子17。
第一极端子16能够与电源101的对应相导体101A电连接，而第二极端子能够与电负载102的对应负载导体102A电连接(图9)。
每个电极2包括可动触头4和固定触头5，它们分别与第一极端子16和第二极端子17电连接。
可动触头4和固定触头5可以相互耦合或解耦。特别地，移动触头4适于(机械地和电气地)在开关设备1的切换操纵期间与固定触头5耦合或从固定触头5解耦。
在开关设备1的闭合操纵期间，可动触头4朝向固定触头5移动以与该触头耦合，以沿着主导通路径300在极端子16、17之间建立电气连接(图9)。
在开关设备1的断开操纵期间，可动触头4远离固定触头5移动以从该触头解耦，从而中断沿着主导通路径300的极端子16、17 之间的电气连接。
优选地，可动触头4沿着电极2的纵向轴线100线性地移动。
优选地，可动触头4由导电杆(例如，具有圆柱形形状)形成，该导电杆沿纵向轴线100布置并通过由电绝缘材料制成的致动杆9 支撑。
优选地，固定触头5由导电体(例如，具有套筒状形状)形成，该导电体限定朝向可动触头4开放的盲腔。在该盲腔处，所述导电体装配有接触环，以便当将该可动触头4插入到所述盲腔中时，提供与可动触头4的滑动电连接。所述导电体方便地被固定到合适的导电支撑件。
优选地，如图1所示，每个电极2包括致动装置91(例如，电动马达)和机械连接装置92(例如，包括致动杆9的运动链)，以在开关设备1的切换操纵期间致动可动触头4。
然而，根据备选实施例，开关设备1可以配备有集中式致动装置，该集中式致动装置适于致动安装在开关设备中的所有电极2的可动触头4。
优选地，开关设备1包括控制装置96(例如，包括一个或多个微处理器)，以用于控制致动装置91的操作，并且可能控制开关设备1的附加功能。
根据本发明，每个电极2包括半导体器件的堆叠6，该半导体器件的堆叠6包括多个固态半导体器件60以及与所述半导体器件电连接的第一堆叠端子61和第二堆叠端子62(图9)。
半导体器件60适于根据提供到其上的电压而切换到接通状态 (导通状态)或关断状态(阻断状态)。
优选地，半导体器件60被配置为作为电二极管操作。
因此，当它们切换到接通状态时，半导体器件60允许电流根据预定义的导通方向流动，而当它们在切换到关断状态时，半导体器件60阻断通过那里的电流的流动。
作为非限制性示例，半导体器件60可以是功率二极管(如在所引用的附图中示出的)。
半导体器件60彼此堆叠以形成堆叠结构并且彼此串联电连接以形成半导体器件链。
当堆叠中的半导体器件处于接通状态时，半导体器件的堆叠60 因此适于允许电流根据预定义的导通方向CD流动(图2-4、9)。
在开关设备1的一个或多个电极(如在所引用的附图中示出的) 中，半导体器件的堆叠6可以包括：
-初始半导体器件60，具有与第一堆叠端子61电耦合和机械耦合的阳极端子，并且具有与相邻半导体器件的阳极端子电耦合和机械耦合的阴极端子；
-最终半导体器件60，具有与相邻半导体器件的阴极端子电耦合和机械耦合的阳极端子和与第二堆叠端子62电耦合和机械耦合的阴极端子；
-可能的一个或多个中间半导体器件60，每个中间半导体器件具有与相邻半导体器件的阴极端子电耦合和机械耦合的阳极端子，并且具有与另一相邻半导体器件的阳极端子电耦合和机械耦合的阴极端子。
然而，半导体器件的堆叠可以相对于所引用附图中所示出的配置以双重配置来布置。
在开关设备1的一个或多个电极(未在所引用的附图中示出) 中，半导体器件的堆叠6因此可以包括：
-初始半导体器件，具有与第二堆叠端子62电耦合和机械耦合的阳极端子，并且具有与相邻半导体器件的阳极端子电耦合和机械耦合的阴极端子；
-最终半导体器件，具有与相邻半导体器件的阴极端子电耦合和机械耦合的阳极端子和与第一堆叠端子61电耦合和机械耦合的
阴极端子；
-可能的一个或多个中间半导体器件，每个中间半导体器件具有与相邻半导体器件的阴极端子电耦合和机械耦合的阳极端子，并且具有与另一相邻半导体器件的阳极端子电耦合和机械耦合的阴极端子。
半导体器件的堆叠6的上述布置可以根据开关设备1的电相的行为而被适当地选择。
图12示出了根据本发明的具有为电容性负载102馈电的三个电极2的开关设备1的示例。如可以注意到的，在对应于电相A的电极2中，半导体器件的堆叠6被布置成具有在所引用的附图中示出的配置。相反，在对应于电相B和C的电极2中，半导体器件的堆叠6被布置为相对于所引用的附图中所示的配置具有双重配置。根据需要，本领域技术人员可以适当地设计其它布置。
优选地，如在所引用的附图中所示出的，半导体器件的堆叠6 包括多个中间半导体器件60。
优选地，半导体器件的堆叠60包括连接装置64，以机械地耦合相邻的半导体器件60，并且将所述第一堆叠端子61和第二堆叠端子 62与对应的半导体器件60机械地耦合。
优选地，连接装置64包括多个引脚(这些引脚可以由导电或塑料材料制成)，每个引脚适于可移除地插入在相邻半导体器件60的阳极端子和阴极端子处以及在第一堆叠端子61和第二堆叠端子62 处获得的合适的座中。
根据本发明，当可动触头4在朝向或远离所述固定触头5的移动期间(即在开关设备1的闭合或断开操纵期间(图2-4、9))到达不同位置P1、P2、P3时，第一堆叠端子61电连接到固定触头5，而第一堆叠端子61和第二堆叠端子62能够与可动触头4电耦合或能够从可动触头4电解耦。
优选地，在朝向或远离固定触头5的移动期间，可动触头4可以到达：
-第一位置P1，其中可动触头与固定触头5电耦合并且与第一和第二堆叠端子61、62电耦合(图2)；
-第二位置P2，其中可动触头从固定触头5和第一堆叠端子61 电解耦，并且与第二堆叠端子62电耦合(图3)；
-第三位置P3，其中可动触头从固定触头5和第一堆叠端子61 和第二堆叠端子62电解耦(图4)。
一般而言，当第一和第二堆叠端子61、62在可动触头4的不同的给定位置处与可动触头4电耦合或从可移动触头4电解耦时，取决于可动触头自身相对于端子61、62所到达的位置，半导体器件60 在可动触头4的移动期间在不同时刻切换到接通状态或关断状态。
半导体器件的堆叠6被配置以在第一堆叠端子61与固定触头5 (以及因此与第一极端子16)电连接、并且端子61、62能够与可动触头4(以及因此与第二极端子17)电耦合或能够从可动触头4电解耦时，在极端子16、17之间形成辅助导通路径400。
取决于可动触头4相对于端子61、62的位置，辅助导通路径400 可以被中断或短路。
现在参照所引用的附图中示出的布置来描述半导体器件的堆叠 6相对于可动触头4的位置的操作。
显然，当相对于所引用的附图中所示的配置以双重配置来布置半导体器件的堆叠6时，半导体器件的堆叠6也将以类似方式操作。
当可动触头4处于或到达第一位置P1时(图2)，由于第一堆叠端子61和第二堆叠端子62被短路(图9)，半导体器件60处于关断状态或切换到关断状态。在这种情况下，辅助导通路径400被短路并且没有电流通过半导体器件60(除了可能的可忽略的寄生泄漏之外)。替代地，在固定触头5和可动触头4电耦合时，主导通路径300 确保极端子16、17之间的电气连接。负载电流ILOAD通过主导通路径300。
当可动触头4到达第二位置P2时(图3)，在第一堆叠端子61 与第二堆叠端子62之间提供高于给定阈值电压值的正电压的情况下，半导体器件60切换到接通状态(图9)。
此电压阈值(例如，几伏特)取决于半导体器件60的物理特性并且通常非常小于电相导体101A的电压的峰值。
负载电流ILOAD通过辅助导通路径400，在这种情况下，辅助导通路径400包括第一堆叠端子61、半导体器件60和第二堆叠端子 62。
当可动触头4处于或到达第三位置P3时(图4)，由于第一堆叠端子61和第二堆叠端子62从可动触头4电解耦，半导体器件60切换到关断状态。因此，没有电流通过辅助导通路径400。此外，主导通路径300被中断，因为固定触头5和可动触头4是电解耦的(图9)。
图10示意性地示出了一些相关电气量的示例性行为，诸如，电源101的线电压VLINE、提供给电负载102的负载电压VLOAD(该电负载假定为电容类型)以及在开关设备1的闭合操纵期间通过电极2 的负载电流ILOAD(参照所引用的附图中示出的实施例)。
当分析上述相关电气量的行为时，上述阈值电压值可以近似为 0V，因为相对于线电压VLINE的峰值而言，该阈值电压值是可忽略的。
在时刻t0，可动触头4应该开始向固定触头5移动。在这种情况下，可动触头4仍然从第一和第二堆叠端子61、62以及固定触头5 电解耦(第三位置P3)。由于主导通路径300和辅助导通路径400仍然被中断，没有负载电流ILOAD流向电负载102。
在时刻t1，可动触头4应该到达第二位置P2，从而与第二堆叠端子62电耦合并且从第一堆叠端子61和固定触头5电解耦。假设负载电压VLOAD最初处于0V，则在电路组件6的第一和第二堆叠端子61、62之间提供线电压VLINE。一旦线电压VLINE变为正(过零)，半导体器件60就在时刻t2处切换到接通状态。
在时刻t2，负载电流ILOAD开始通过辅助导通路径400，这确保了极端子16、17之间的电气连接，并且负载电压VLOAD在线电压VLINE之后开始(除了由处于接通状态的半导体器件60提供的小电阻电压降之外)。
在时刻t3，可动触头4应该到达第一位置P1，从而与第一和第二堆叠端子61、62以及与固定触头5电耦合。由于输入和输出61、 62被短路，半导体器件60切换到关断状态。由于可动触头4和固定触头5电耦合，辅助导通路径400被短路并且负载电流ILOAD通过主导通路径300。主导通路径300确保极端子16、17之间的电气连接，并且负载电压VLOAD遵循线电压VLINE。
关于上面示出的示例，明显的是，上述电气量的行为(特别是负载电流ILOAD)可以根据时刻t1、t2、t3的定时而变化，这进而取决于闭合操纵的初始时刻、可动触头4所遵循的运动规律以及端子61、 62以及固定触头5之间的相对位置。
然而，以上示出的示例示出了半导体器件60在可动触头4的移动期间，如何取决于在开关设备1的闭合操纵期间由可动触头4到达的位置，而在不同时刻t2、t3处切换到接通状态或关断状态。
明显地，当半导体器件的堆叠6相对于所引用的附图中所示的配置被布置成具有双重配置时，在电极2中的上述电气量将以类似的方式表现。
图11示意性地示出了在开关设备1的断开操纵期间在电极2中的电气量VLINE、VLOAD和ILOAD的示例性行为(参考在所引用的附图中示出的实施例)。
同样，上述阈值电压值近似为0V，因为它们相对于线电压VLINE的峰值是可忽略的。
在可动触头4开始远离固定触头5移动之前，可动触头与输入和输出以及中间端子61、62、以及与固定触头5电耦合(第一位置 P1)。在这种情况下，半导体器件60处于关断状态并且辅助导通路径400被短路。由于可动触头4和固定触头5电耦合，负载电流ILOAD通过主导通路径300。主导通路径300确保极端子16、17之间的电气连接，并且负载电压VLOAD遵循线电压VLINE的行为。
在时刻t5，可动触头4应该到达第二位置P2，从而与第二堆叠端子62电耦合并且从第一堆叠端子61和固定触头5电解耦。可动触头4与固定触头5之间的间隔迫使负载电流ILOAD通过半导体器件 60。由于在不再被短路的第一堆叠端子61与第二堆叠端子62之间提供正电压(基本上因为由半导体器件60提供的电阻电压降所导致)，半导体器件60切换到接通状态。负载电流ILOAD开始通过辅助导通路径400，这确保了极端子16、17之间的电气连接，并且负载电压VLOAD遵循线电压VLINE(除了由于处于接通状态的半导体器件 60而导致的小的电阻电压降之外)。
在时刻t6，由于在第一和第二堆叠端子61、62之间提供负电压，半导体器件60切换到关断状态。由于主导通路径300和辅助导通路径400被中断，没有负载电流ILOAD流向电负载102(图9)。
负载电压VLOAD不再遵循线电压VLINE(负载电压VLOAD在电负载102被假定为电容性类型时在电压VLINE的峰值处保持初始恒定)。
可动触头4可以到达第三位置P3，在第三位置P3处，可动触头 4从第一堆叠端子61和第二堆叠端子62以及从固定触头5电解耦。
关于上述示例，明显的是，上述电气量(特别是负载电流ILOAD) 的行为可以根据时刻t5、t6的定时而变化，这进而取决于断开操纵的初始时刻、可动触头4所遵循的运动规律、以及端子61、62和固定触头5之间的相对位置。
然而，上面示出的示例示出了半导体器件60在可动触头4的移动期间，如何取决于在开关设备1的断开操纵期间由可动触头4到达的位置而在不同时刻t5、t6处切换。
显然，当半导体器件的堆叠6相对于所引用的附图中所示的配置被布置成具有双重配置时，在电极2中的上述电气量将以类似的方式表现。
通常，对于本领域的状态的上述解决方案(例如，EP2523203 中提出的解决方案)，多个半导体器件60的布置(其能够与可动触头4电耦合或能够与可动触头4电解耦，以建立或中断与主导通路径300并联的、极端子16、17之间的辅助导通路径400)在减少寄生现象方面提供了相关的优点，诸如在断开操纵期间(当电源101 与电负载102断开时)产生电弧，并且另一方面限制了在闭合操纵期间(当电源101与电负载102电耦合时)产生的可能的浪涌电流和瞬态过电压。
然而，本发明的重要方面由处于紧凑堆叠结构的、半导体器件60的布置来表示。
事实上，该解决方案在减少由所述半导体器件占据的容积方面提供了相关的优点。半导体器件60以紧凑结构堆叠，这种紧凑结构可以容纳在内部容积20的合适部分中。
根据本发明的另一个重要方面，半导体器件60和所述固定触头 5布置在绝缘壳体3的顶端32处，分别处于相对于顶端32的近端位置和远端位置。
由于相对于固定触头5的这种相对定位，半导体器件可以在壳体3的顶端32处适当地布置在电极2的内部体积20的专用部分处。
该解决方案允许简化相对于现有技术的传统解决方案的电极2 的内部部件的布局。
因此，可以为半导体器件60保留更多的空间，并且可以采用更少数目的半导体器件60(例如，功率二极管)，这些半导体器件60 具有更大的尺寸并且相对于现有技术的传统解决方案能够承受更高的操作电压和电流。
采用较少数目的半导体器件60允许减小跨所述半导体器件的总体正向电压降并以及因此减少功率损耗。
另一方面，采用具有较大尺寸的半导体器件60允许改进由开关设备1提供的总体电流切换能力。开关设备1可以在例如直到50kA 的较高电流水平下运行，从而能够承受特别强的浪涌电流或甚至能够中断短路电流。
由于获得在电极2内的内部部件的优化布局，可以在带电部件之间容易地保持合适的介电距离，这降低了故障的可能性。另外，带电部件(例如，可动触头4、固定触头5、极端子16、17)可以具有增加的尺寸，这有助于耐受高电流水平。
根据本发明的实施例，每个电极2包括第一部件组件，该第一部件组件适于机械地支撑半导体器件60和固定触头5并且适于将半导体器件60与固定触头5电连接，并且可能与可动触头4电连接(取决于后者的操作部分)。
优选地，这样的第一部件组件包括形成半导体器件的堆叠6的第一堆叠端子61的第一导电元件71。
优选地，第一导电元件71包括具有相对的第一和第二支撑表面 711A、711B的第一部分711，第一和第二支撑表面711A、711B分别位于相对于绝缘壳体3的顶端32的近端位置和远端位置。
第一导电元件71的第一部分711机械地支撑和电连接半导体器件60和固定触头5，并且该第一部分711可以方便地由垂直于电极 2的纵向轴线100平放并且具有处于相对侧的支撑表面711A、711B 的平板形成。
优选地，半导体器件60和固定触头5同轴地布置在第一部分711 的相对侧(沿着或平行于纵向轴线100)。特别地，半导体器件60 安装在第一支撑表面711A上，而固定触头5安装在第二支撑表面 711B上。
优选地，第一导电元件71包括第二部分712，第二部分712与第一极端子16固定并且机械地支撑半导体器件60和固定触头5，并且将半导体器件60和固定触头5与第一极端子16电连接。
第一导电元件71的第二部分712可以方便地由相对于平坦壁 711在平坦壁711的边缘部分处垂直突出的波状弯曲板(contoured curved plate)形成，优选在绝缘壳体3的顶端32的方向上，并且与极端子16机械耦合(以已知方式)或与极端子16一体制成。
优选地，第一导电元件71由波状L形支架(contoured L-shaped cradle)形成，如图5-8所示。
优选地，这样的第一部件组件包括形成半导体器件的堆叠6的第二堆叠端子62的第二导电元件72。
第二导电元件72机械地支撑半导体器件60并且提供这些半导体器件与可动触头4的电连接。
便利地，第二导电元件72被安装在堆积的半导体器件60上，这样使得与第一导电元件71协作地夹置这些半导体器件。实际上，第一和第二导电元件71、72被布置在半导体器件的堆叠6的相对端(方便地沿着或平行于纵向轴线100)。
第二导电元件72可以由垂直于电极2的纵向轴线100平放的平板方便地形成。
优选地，这样的第一部件组件包括一个或多个第一绝缘元件75，该一个或多个绝缘元件75在第一导电元件的第一支撑表面711A的一侧处(换言之，在第一导电元件71面向壳体3的顶端32的一侧处)与第一导电元件71和第二导电元件72机械耦合。
第一绝缘元件75允许第一和第二导电元件71、72施加半导体器件60的保持力，以将这些半导体器件60维持在堆积位置(方便地与连接装置64协作)。
第一绝缘元件75可以由多个绝缘杆形成，这些绝缘杆沿着围绕半导体器件60的周边、平行于纵向轴线100延伸，并且以已知方式与导电板71、72固定。
优选地，这样的第一部件组件包括第三导电部件73和电连接装置74以电连接第二和第三导电元件72、73。
第三导电部件73和电连接装置74与形成半导体器件的堆叠6 的第二堆叠端子62的第二导电部件72协作地提供半导体器件60与可动触头4的电连接。
优选地，第三导电部件73具有通孔，可动触头4可以在开关设备的开关操作期间通过该通孔。在所述通孔的边缘处，当可动触头4 穿过通孔时，第三导电部件73便利地装配有接触环，以提供与可动触头4的滑动电连接。
第三导电元件73可以由垂直于电极2的纵向轴线100平放的穿洞的杯状板方便地形成。
优选地，电连接装置74包括导电线或条，该导电线或条具有以已知方式与第一和第二导电元件72-73固定的相对端。
优选地，这样的第一部件组件至少包括第二绝缘元件76，该第二绝缘元件76在第一导电元件71的第一部分711的第二支撑表面 711B的一侧与第一和第三导电元件71、73机械地耦合。
便利地，第二绝缘元件76在第二支撑表面711B处固定在第一导电元件71的第一部分711上，并且第三导电元件73相对于第一导电元件71在第二绝缘元件76的远端处固定在该第二绝缘元件76 上。
第二绝缘元件76可以方便地由凸缘状主体形成，该凸缘状主体设置有中心孔以容纳固定触头5并允许可动触头4穿过其中。
图7-8示出了本发明的实施例，其中电连接装置74包括导电元件77(方便地具有钟形)，导电元件77与第二和第三导电元件72、 73电耦合和机械耦合，并且导电元件77被方便地布置成至少部分地围绕固定触头5和半导体器件60。
导电元件77具有基本上与上述导电线或条相同的功能，但是它允许获得围绕电极2的部件的电场的更均匀的分布。
第三绝缘元件76可以方便地由具有朝向壳体3的底端31的较大部分的半钟状主体形成。
优选地，每个电极2包括适于将可动触头4与第二极端子17电连接的第二部件组件。
优选地，这样的第二部件组件包括固定到第二极端子17并且具有通孔的第四导电部件78，可动触头4可以在开关设备的开关操作期间通过该通孔。在所述通孔的边缘处，当可动触头4穿过通孔时，第四导电部件78方便地装配有接触环，以提供与可动触头4的滑动电连接。
根据本发明的开关设备1提供了显著的优点。
开关设备1表现出优异的开关效率，并且在断开/闭合操纵期间的寄生现象的减少方面提供了优异的性能。
开关设备1能够甚至在高电流水平下操作，从而相对于现有技术的可用开关设备呈现了改进的开关性能。与传统开关设备不同，开关设备1甚至可以在存在短路电流时操作。开关设备1因此可用作即使在短路事件影响电源101或电负载102时也能够介入的断路器或隔离开关。
开关设备1包括具有内部部件的简化和优化布局的电极，这允许限制整体尺寸并降低制造成本。因此特别地，开关设备1对于工业级制造是简单和便宜的。
开关设备1具有简单且鲁棒的结构，这特别适于集成在LV或 MV开关装置中。

Claims (11)

1.一种用于低压或中压配电网络的开关设备(1)，所述开关设备包括一个或多个电极(2)，每个电极包括：
-绝缘壳体(3)，限定所述电极的内部容积(20)，所述绝缘壳体沿着纵向轴线(100)延伸，并且沿着所述纵向轴线具有底端(31)、以及与所述底端相对的顶端(32)，在所述底端(31)处，所述壳体被固定到所述开关设备的主支撑结构(1A)；
-第一极端子(16)和第二极端子(17)，分别能够与电源(101)的对应相导体(101A)电连接、以及与电负载(102)的对应负载导体(102A)电连接；
-可动触头(4)和固定触头(5)，所述可动触头(4)和所述固定触头(5)能够彼此耦合或解耦，所述固定触头与所述第一极端子电连接，所述可动触头能够与所述第二极端子电连接；
其中每个电极(2)包括半导体器件(60)的堆叠(6)，所述半导体器件(60)的所述堆叠(6)适于取决于提供到其上的电压而切换到导通状态或阻断状态，所述半导体器件(60)彼此串联电连接，以使当所述半导体器件处于导通状态时，电流(ILOAD)能够根据预定导通方向(CD)流动，所述半导体器件的堆叠包括与所述半导体器件(60)电连接的第一堆叠端子(61)和第二堆叠端子(62)，所述第一堆叠端子(61)与所述固定触头(5)电连接，在所述可动触头朝向或远离所述固定触头(5)的移动期间，所述第一堆叠端子(61)和所述第二堆叠端子(62)在所述可动触头到达不同位置(P1、P2、P3)时能够与所述可动触头(4)电耦合或能够从所述可动触头(4)解耦，并且
其中所述半导体器件(60)和所述固定触头(5)被布置在所述绝缘壳体的所述顶端(32)处，分别位于相对于所述绝缘壳体的所述顶端的近端位置和远端位置，使得所述半导体器件被布置在所述电极(2)的所述内部容积(20)的在所述固定触头(5)与所述绝缘壳体的所述顶端(32)之间的部分中。
2.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，每个电极(2)包括第一部件组件(71、72、73、74、75、76、77)，所述第一部件组件适于机械地支撑所述半导体器件(60)和所述固定触头(5)，并且适于将所述半导体器件(60)与所述固定触头电连接，并且可能地，将所述半导体器件(60)与所述可动触头(4)电连接。
3.根据权利要求2所述的开关设备，其特征在于，所述第一部件组件包括：
-第一导电元件(71)，形成所述第一堆叠端子(61)，并且包括第一部分(711)，所述第一部分(711)分别在相对于所述绝缘壳体的所述顶端(32)的近端位置和远端位置中具有相对的第一支撑表面(711A)和第二支撑表面(711B)，所述半导体器件(60)被安装在所述第一支撑表面(711A)上，所述固定触头被安装在所述第二支撑表面(711B)上；
-第二导电元件(72)，形成所述第二堆叠端子(62)，并且安装在所述半导体器件(60)上，使得所述半导体器件被夹在所述第一导电元件与所述第二导电元件之间；
-第三导电元件(73)，提供与所述可动触头(4)的滑动电接触；
-电连接装置(74、77)，用于电连接所述第二导电元件(72)和所述第三导电元件(73)。
4.根据权利要求3所述的开关设备，其特征在于，所述第一部件组件包括第一绝缘元件(75)，所述第一绝缘元件(75)在所述第一支撑表面(711A)的一侧处与所述第一导电元件(71)和所述第二导电元件(72)机械耦合。
5.根据权利要求3到4中的任一项所述的开关设备，其特征在于，所述第一部件组件包括第二绝缘元件(76)，所述第二绝缘元件(76)在所述第二支撑表面(711B)的一侧处与所述第一导电元件(71)和所述第三导电元件(73)机械耦合。
6.根据权利要求3到4中任一项所述的开关设备，其特征在于，所述第一导电元件(71)包括第二部分(712)，所述第二部分(712)机械地支撑所述固定触头(5)和所述半导体器件(60)，并且将所述固定触头和所述半导体器件与所述第二极端子(17)电连接。
7.根据权利要求1到4中任一项所述的开关设备，其特征在于，每个电极(2)包括第二部件组件(78)，所述第二部件组件(78)适于将所述可动触头(4)与所述第二极端子(17)电连接。
8.根据权利要求1到4中任一项所述的开关设备，其特征在于，在朝向或远离所述固定触头(5)的移动期间，所述可动触头(4)到达：
-第一位置(P1)，其中所述可动触头与所述固定触头(5)以及与所述第一堆叠端子(61)和所述第二堆叠端子(62)电耦合；
-第二位置(P2)，其中所述可动触头(4)从所述固定触头(5)以及从所述第一堆叠端子(61)电解耦，并且与所述第二堆叠端子(62)电耦合；
-第三位置(P3)，其中所述可动触头(4)从所述固定触头(5)以及从所述第一堆叠端子(61)和所述第二堆叠端子(62)电解耦。
9.根据权利要求8所述的开关设备，其特征在于，在所述可动触头(4)远离所述固定触头(5)的移动期间：
-当所述可动触头在所述第一位置(P1)时，所述半导体器件(60)处于阻断状态；
-当所述可动触头到达所述第二位置(P2)时，所述半导体器件(60)切换到导通状态；
-当所述可动触头到达所述第三位置(P3)时，所述半导体器件(60)切换到阻断状态。
10.根据权利要求8所述的开关设备，其特征在于，在所述可动触头(4)朝向所述固定触头(5)的移动期间：
-当所述可动触头在所述第三位置(P3)时，所述半导体器件(60)处于阻断状态；
-当所述可动触头到达所述第二位置(P2)时，所述半导体器件切换到导通状态；
-当所述可动触头到达所述第一位置(P1)时，所述半导体器件(60)切换到阻断状态。
11.一种开关装置，包括根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关设备(1)。
CN201910849242.0A 2018-09-11 2019-09-09 开关设备 Active CN110890241B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18193829.1 2018-09-11
EP18193829.1A EP3624160B1 (en) 2018-09-11 2018-09-11 A switching device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110890241A CN110890241A (zh) 2020-03-17
CN110890241B true CN110890241B (zh) 2022-09-02

Family

ID=63557357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910849242.0A Active CN110890241B (zh) 2018-09-11 2019-09-09 开关设备

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10658132B2 (zh)
EP (1) EP3624160B1 (zh)
CN (1) CN110890241B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12087523B2 (en) 2020-12-07 2024-09-10 G & W Electric Company Solid dielectric insulated switchgear
EP4227971A1 (en) * 2022-02-09 2023-08-16 Hitachi Energy Switzerland AG High voltage disconnector switch

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10064525B4 (de) * 2000-12-22 2007-11-08 Abb Patent Gmbh Mittelspannungsschalteinrichtung
CN102779666A (zh) * 2011-05-10 2012-11-14 Abb技术有限公司 开关设备和相关的开关设施
CN104685597A (zh) * 2012-10-05 2015-06-03 Abb技术有限公司 具有堆叠中断器模块的断路器
CN107924778A (zh) * 2015-07-07 2018-04-17 Abb瑞士股份公司 开关器件

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4096366A (en) * 1976-11-01 1978-06-20 General Electric Company Means for detecting a loss of vacuum in vacuum-type circuit interrupters used in polyphase a.c. vacuum circuit breaker
US4336520A (en) * 1980-07-25 1982-06-22 Trayer Frank C Method and apparatus for short circuit protection of high voltage distribution systems
EP2750257B1 (en) * 2012-09-17 2016-05-11 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Circuit breakers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10064525B4 (de) * 2000-12-22 2007-11-08 Abb Patent Gmbh Mittelspannungsschalteinrichtung
CN102779666A (zh) * 2011-05-10 2012-11-14 Abb技术有限公司 开关设备和相关的开关设施
CN104685597A (zh) * 2012-10-05 2015-06-03 Abb技术有限公司 具有堆叠中断器模块的断路器
CN107924778A (zh) * 2015-07-07 2018-04-17 Abb瑞士股份公司 开关器件

Also Published As

Publication number Publication date
US20200083000A1 (en) 2020-03-12
EP3624160B1 (en) 2022-04-27
US10658132B2 (en) 2020-05-19
CN110890241A (zh) 2020-03-17
EP3624160A1 (en) 2020-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110890242B (zh) 开关设备
CN1977432B (zh) 气体绝缘的中压开关设备
KR101882536B1 (ko) 진공 차단기를 구비한 탭 전환기
CN110890241B (zh) 开关设备
US10614974B2 (en) Switching device
EP2485229B1 (en) Flexible shunt for vacuum circuit breaker
US9543086B2 (en) Power circuit breaker
US20120181156A1 (en) Gas-insulated high-voltage switching system
EP3910658A1 (en) A switching apparatus for electric power distribution grids
US20210327663A1 (en) Switching device
CN114765099A (zh) 中压开关装置
JP5815449B2 (ja) 真空遮断器
CN204720378U (zh) 一种小型化的固封绝缘极柱
CN104885178A (zh) 开闭装置
US20230010157A1 (en) Switching apparatus for electric grids
RU2642838C2 (ru) Высоковольтный контактный узел вакуумного выключателя и разъединителя
CN105745731A (zh) 开关装置以及用于运行开关装置的断开方法
WO2017063683A1 (en) Alternating current contactor
CN114999854A (zh) 用于电力系统的开关装置
JP5899028B2 (ja) スイッチギヤ
RU116271U1 (ru) Высоковольтный выключатель
CN114342029A (zh) 具有作为辅助接触系统的真空开关管的单柱式隔离开关
GB2539366A (en) Combined spring

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant