CN110890242B - 开关设备 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及开关设备。一种用于低压或中压配电网络的开关设备包括一个或多个电极，每个电极包括：绝缘壳体，沿纵向轴线延伸并固定到开关设备的主支撑结构；第一极端子和第二极端子，分别与电源的对应相导体以及电负载的对应负载导体电连接；可移动触头和固定触头，在可移动触头朝向或远离固定触头移动时能够彼此电耦合或电解耦，固定触头与第一极端子电连接，可移动触头能够与第二极端子电连接；可移动电路组件，包括多个半导体器件，适于取决于被施加的电压而在传导状态或阻断状态下切换，半导体器件彼此串联电连接，使得当其处于传导状态时电流能够根据预定传导方向流动，可移动电路组件包括用于多个半导体器件的第一和第二组件端子。

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的领域。
更特别地，本发明涉及一种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前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的标称操作电压，例如直到72kV AC和100 kV DC的标称操作电压。
如已知的，开关设备安装在配电网络中，以用于将电源(例如，电力线)与一个或多个相关联的电负载连接/从一个或多个相关联的电负载断开连接。
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移动触头，在该第一操作位置处，该移动触头耦合到对应的固定触头，在该第二操作位置处，该移动触头从固定触头解耦。
每个电极以这样的方式电连接到电力线和相关联的电负载，使得电流可以穿过由耦合的固定触头和可移动触头提供的主传导路径而在电力线与电负载之间流动。
另一方面，当开关设备的可移动触头从对应的固定触头解耦时、例如在故障的情况下，在电力线与电负载之间流动的电流被中断。
在现有技术的一些开关设备(诸如在专利文献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。
这样的半导体器件被布置为允许或阻挡沿着辅助传导路径流动的电流的通过，辅助传导路径与前述主传导路径并联电连接。
如已知的，在这些开关设备中，可移动触头的移动与电力线电压和负载电流的波形的适当同步允许减少显著的寄生现象，诸如在断开操纵期间(当电力线从例如电容器组的电负载断开连接时)的电弧的产生。另一方面，允许限制在闭合操纵期间(当电力线与所述电负载电耦合时)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(对于标准设备通常约为1kV)的操作电压。
由于电极中的标称操作电压可能到达几十kV，所以必须采用大量的功率二极管。
然而，这可能难以将可移动触头的移动与关于电极的电量的波形进行同步，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(micro-arcs)，这已被证明显著地降低了电触头的工作寿命。
另外，这些开关设备通常不能承受高电流电平，例如以“kA”的量级的电平。明显的是，这显著地限制了它们在配电网络中的使用，因为它们通常不能提供短路开关能力。
发明内容
本发明的主要目标是提供一种用于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。
在这个目标内，本发明的一个目的是提供一种开关设备，该开关设备示出在断开/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，该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相对简单并且廉价地在工业级制造的开关设备。
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，是根据本发明的用于LV或MV配电网络的开关设备提供的。
在另一方面，本发明提供一种用于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示意性地示出了根据本发明的实施例的开关设备的电极的截面图；
图3-图4示意性地示出了根据本发明的实施例的被包括在开关设备中的可移动触头；
图5-图7示意性地示出了在不同操作条件下的、根据本发明的实施例的开关设备的电极的截面图；
图8-图11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)与一个或多个相关联的电负载102电连接、或者从一个或多个相关联的电负载102断开连接(图8)。
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，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所示的三个电极)。
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8)。
方便地，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方便地沿着纵向轴线100延伸，优选地具有圆柱形形状，并且壳体3具有对立的底端31和顶端32。
优选地，壳体3在它的底端31处被固定到开关设备1的主支撑结构1A。
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的对应的相导体101A电连接，而第二极端子能够与电负载102的对应的负载导体102A电连接(图8)。
优选地，极端子16、17由机械地固定到电极的壳体3的对应形状的导电体160、170形成(图2)。
每个电极2包括可移动触头4和固定触头5。
可移动触头4和固定触头5可以相互耦合或解耦。
当电触头4、5耦合时，开关设备1处于闭合状态，而电触头4、5解耦时，开关设备1处于断开状态。
移动触头4适于在开关设备1的开关操纵期间移动，以用于与固定触头5(机械地和电气地)耦合、或者从固定触头5解耦。
在开关设备1的闭合操纵期间，可移动触头4朝向固定触头5移动以与后者耦合，并且沿着主传导路径300在极端子16、17之间建立电气连续性(图8)。
在开关设备1的断开操纵期间，可移动触头4远离固定触头5移动，以从该固定触头解耦并且中断极端子16、17之间的电气连续性。
优选地，可移动触头4基本上沿着电极2的纵向轴线100线性地移动。
优选地，在开关设备的开关操纵期间，可移动触头4通过由电绝缘材料制成的致动杆9而被支撑和致动。
优选地，如图1所示，每个电动杆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的开关操纵期间致动可移动触头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的可移动触头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。
通常，在开关设备1的开关操纵期间，可移动触头4能够与第二极端子17电连接。
根据其布置(例如形状)和行程，可移动触头4可以在开关操纵期间与极端子17永久地耦合(以滑动方式)、或者与极端子17接触。
优选地，每个电极2包括滑动连接组件7，该滑动连接组件7适于例如在所述可移动触头朝向或远离固定触头5移动期间将可移动触头4与所述极端子17电耦合。
优选地，滑动连接组件7包括固定到第二极端子17并具有空腔77的导电体78(例如，具有杯状形状)，空腔77限定在开关设备的开关操作期间可移动触头4能够移动的容积(图2)。
导电体78包括相对于固定触头5在远侧位置的底壁782、以及侧壁781，底壁782和侧壁781限定空腔77。
底壁782方便地装配有通孔以允许致动杆9的通过。
在相对于固定触头5的近侧位置中，侧壁781方便地装配有一个或多个接触环79，以随着可移动触头4沿着空腔77移动而提供与可移动触头4的滑动电连接。
优选地，导电体78包括一对接触环79，该对接触环79沿着平行于纵向轴线100的方向重叠并且与该后一轴线同轴。
优选地，导电体78机械地固定到形成极端子17的导电体170。当极端子17被固定到壳体3时，滑动连接组件7因此可以被支撑在电极的内部容积20内的合适位置，方便地在近侧位置处被支撑到壳体3的底端31(相对于固定触头5)。
优选地，固定触头5由限定空腔53的导电体51(例如，具有凸缘形状)形成，可移动触头4可以在开关设备的开关操作期间在空腔53中移动。
在限定空腔53的侧壁510处，导电体51装配有一个或多个接触环52，以在可移动触头4沿着空腔53移动时提供与可移动触头4的滑动电连接。
优选地，导电体51包括一对接触环52，该对接触环52沿着平行于纵向轴线100的方向重叠并且与该后一轴线同轴。
通常，固定触头5与极端子16电连接。
优选地，导电体51机械地固定到形成极端子16的导电体160。当极端子16被固定到壳体3时，固定触头5因此可以被支撑在电极的内部容积20内的合适位置中，方便地接近壳体3的顶端32。
根据本发明，每个电极2包括可移动电路组件6，该可移动电路组件6包括多个固态半导体器件60、以及用于所述多个所述半导体器件的第一和第二组件端子61，62。
优选地，半导体器件60彼此堆积以形成堆叠结构。
半导体器件60适于取决于施加到它们的电压而切换到ON状态(传导状态)或OFF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ON状态时，半导体器件60允许电流根据预定义的传导方向流动，而当它们切换到OFF状态时，半导体器件60阻挡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)。
当半导体器件60处于ON状态时，半导体器件60彼此串联电连接，以形成半导体器件的链并且允许电流根据预定的传导方向CD流动(图8)。
在所引用的附图中示出的本发明的实施例中(其中使用功率二极管)，半导体器件60(串联电连接)以使得它们的阳极和阴极分别朝向第一组件端子61和第二组件端子62取向的方式而被布置。
在开关设备1的一个或多个电极(如在所引用的图中示出的)中，半导体器件的堆叠6可以包括：
-初始半导体器件60，具有与第一组件端子61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耦合的阳极端子、以及与第二组件端子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，半导体器件的堆叠相对于所引用的附图中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，具有与第二组件端子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、以及与第一组件端子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11示出了根据本发明的具有馈送电容性负载102的三个电极2的开关设备1的示例。可以注意到，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图中所示出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，上述多个半导体器件包括多个中间半导体器件60。
优选地，电路组件6包括连接装置64，以将相邻的半导体器件60和所述第一和第二端子61、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(可以由导电或塑料材料制成)，引脚中的每个引脚适于可移除地被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和第二组件端子61、62处所获得的合适的座中。
优选地，连接装置64包括多个导电引脚，导电引脚中的每个导电引脚适于可移除地被插入在相邻半导体器件60的阳极端子和阴极端子处、或者在初始半导体器件60的第一组件端子61和阳极端子处、或者在最终半导体器件60的第二组件端子62和阴极端子处所获得的合适的座中(图3)。
根据本发明，电路组件6与可移动触头4可操作地耦合，以在开关设备的开关操纵期间与后者一起移动。
方便地，半导体器件60在开关设备的开关操纵期间取决于可移动触头4和可移动电路组件6的位置而切换到传导状态或阻断状态(图8)。
实际上，当可移动触头4和可移动电路组件6在开关设备的开关操纵期间到达不同位置P1、P2、P3时，第一和第二组件端子61、62与固定触头5电耦合或者从固定触头5解耦。
优选地，可移动触头4包括彼此电断开连接的第一和第二导电部分41、42。
如将在下面更好地看到的，第一和第二导电部分41、42方便地由彼此间隔开的成形导电体形成。
通常，可移动触头的导电部分41、42分别与可移动电路组件6的第一和第二组件端子61、62电连接。
作为示例，导电部分41、42可以分别与可移动电路组件6的第一和第二组件端子61、62固定或形成整体。
当可移动触头4和可移动电路组件6在开关设备的开关操作期间到达不同位置P1、P2、P3时，第一导电部分41和第二导电部分42可以与固定触头5(以及可能的第二极端子17)电耦合或从固定触头5(以及可能的第二极端子17)解耦(图8)。
优选地，在开关设备的开关操作期间，可移动触头4和可移动电路组件6到达：
-至少位置P1，其中第二导电部分42与固定触头5和第二极端子17耦合(图5)；
-至少位置P2，其中第一导电部分41与固定触头5耦合、并且从第二极端子17解耦，以及其中第二导电部分42与第二极端子端子耦合、并且从固定触头5解耦(图6)；
-至少位置P3，其中第一导电部分41和第二导电部分42从固定触头5解耦(图7)。
为了清楚起见，可以证明，上述术语“至少位置”可以指示(例如，取决于第一和第二导电部分41、42的形状)特定位置或特定位置范围，在该特定位置或特定位置范围中，获得第一和第二导电部分41、42与固定触头5(以及可能地与第二极端子17)的给定耦合条件。
为了清楚起见，上述术语“耦合”和/或“解耦”被证实为指示在所涉及的部分之间存在/不存在电接触和机械接触。
一般而言，在开关设备的开关操纵期间，当第一和第二导电部分41、42(以及因此，第一和第二组件端子61、62)在可移动触头4和可移动电路组件6的不同的给定位置P1、P2、P3处与固定触头5电耦合或从固定触头5解耦时，半导体器件60在不同时刻切换到ON状态或OFF状态。
因此，在开关设备的开关操作期间，半导体器件60可以方便地在特定操作条件下在极端子16、17之间形成辅助传导路径400。
取决于可移动触头4和可移动电路组件6相对于固定触头5的位置，辅助传导路径400可以被中断或短路。
当可移动触头4和可移动电路组件6处于第一位置P1或到达第一位置P1时(图5)，由于第一导电部分41(以及因此第一组件端子61)从固定触头5(以及因此从第一极端子16)解耦，半导体器件60处于OFF状态或切换到OFF状态。
在这种情况下，辅助传导路径400被中断，并且没有电流通过半导体器件60。
由于固定触头5(以及因此极端子16)和第二端子17通过第二导电部分42电连接，主传导路径300反而确保极端子16、17之间的电气连续性。
负载电流ILOAD通过主传导路径300。
当可移动触头4和可移动电路组件6到达第二位置P2时(图6)，第一导电部分41(以及因此第一组件端子61)与固定触头5(以及因此极端子16)耦合，并且第二导电部分42(以及因此第二组件端子62)与极端子17耦合(图6)。
当在第一和第二组件端子61、62之间施加高于给定阈值电压值的正电压时(图9)，半导体器件60切换到ON状态。此电压阈值(例如，几伏特)取决于半导体器件60的物理特性，并且通常远小于电相导体101A的电压的峰值(图8)。
负载电流ILOAD通过辅助传导路径400，在这种情况下，辅助传导路径400包括第一导电部分41、第一组件端子61、半导体器件60、第二组件端子62和第二传导部分42。
当固定触头5和第二导电部分42(以及因此第二组件端子62)被解耦时，主传导路径300被中断(图8)。
当可移动触头4和可移动电路组件6处于或到达第三耦合位置P3时(图7)，由于第一和第二导电部分41、42(以及因此第一和第二组件端子61、62)从固定触头5解耦，半导体器件60切换到OFF状态。
因此，没有电流通过辅助传导路径400。
此外，当固定触头5和可移动触头4被解耦时，主传导路径300被中断(图8)。
图9示意性地示出了一些相关电量的示例性行为，相关电量诸如为电源101的线电压VLINE、施加到电负载102(该电负载102被认为是电容类型的)的负载电压VLOAD、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(参考所引用的附图中示出的实施例)。
当分析上述相关电量的行为时，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，假定可移动触头4和可移动电路组件6开始朝向固定触头5移动。在这种情况下，第一和第二导电部分41、42(以及因此第一和第二组件端子61、62)从固定触头5解耦(第三位置P3)。
第一导电部分41或第二导电部分42可以例如取决于可移动触头4的位置和/或第一导电部分41和第二导电部分42的形状，而与极端子17耦合或从极端子17解耦。
在任何情况下，在主传导路径300和辅助传导路径400被中断时，没有负载电流ILOAD流向电负载102。
在时刻t1，可移动触头4和可移动电路组件6应该到达第二位置P2，其中第一导电部分41与固定触头5耦合、并且从所述第二极端子17解耦，以及其中第二导电部分42与第二极端子17耦合、并且从固定触头5解耦。
假设负载电压VLOAD最初处于0V，则线电压VLINE被施加在第一和第二组件端子61、62之间。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ON状态。
在时刻t2，负载电流ILOAD开始通过辅助传导路径400，这确保了极端子16、17之间的电气连续性，并且负载电压VLOAD开始跟随线电压VLINE(除了由处于ON状态的半导体器件60提供的小的电阻性电压降之外)。显然，在这种情况下，主传导路径300仍然被中断。
在时刻t3，可移动触头4和可移动电路组件6应该到达第一位置P1，其中第二导电部分42与固定触头5和第二极端子17耦合。
第一导电部分41(以及因此第一组件端子61)可以从固定触头5(以及因此第一极端子16)解耦，或者第一导电部分41仍可以与固定触头耦合(以及因此第一及第二组件端子61、62短路)。
在任何情况下，当第一组件端子61浮置或与第二组件端子62短路时，半导体器件60切换到OFF状态。由于固定触头5和第二传导部分42被耦合，辅助传导路径400被中断或短路，并且负载电流ILOAD通过主传导路径300。主传导路径300确保极端子16、17之间的电气连续性，并且负载电压VLOAD跟随线电压VLINE。
关于上述示例，明显的是，上述电量(特别是负载电流ILOAD)的行为可以取决于时刻t1、t2、t3的定时而变化，时刻t1、t2、t3的定时进而取决于闭合操纵的初始时刻、可移动触头4和可移动电路组件6所遵循的运动规律、以及第一和第二导电部分41、42相对于固定触头5的位置。
然而，上面示出的示例示出了半导体器件60在可移动触头4和可移动电路组件6的移动期间、如何取决于在开关设备的闭合操纵期间由这些触头和组件到达的位置而在不同的时刻t2，t3处切换。
显然，当半导体器件60被布置有相对于所引用的附图中所示的配置的双重配置时，在电极2中的上述电量将以类似的方式表现。
图10示意性地示出了开关设备1的断开操纵期间的电量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。
在可移动触头4和可移动电路组件6开始远离固定触头5移动之前，第二导电部分42与固定触头5和第二极端子17耦合(第一位置P1)。
在这种情况下，半导体器件60处于OFF状态，并且辅助传导路径400被中断或短路。
当耦合第二导电部分42和固定触头5时，负载电流ILOAD通过主传导路径300。
主传导路径300确保极端子16、17之间的电连接，并且负载电压VLOAD跟随线电压VLINE的行为。
在时刻t5，可移动触头4和可移动电路组件6被假定为到达第二位置P2，其中第一导电部分41与固定触头5耦合、并且从所述第二极端子17解耦，以及其中第二导电部分42与第二极端子17耦合、并且从固定触头5解耦。
第二导电部分42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。
半导体器件60切换到ON状态，因为正电压(基本上由于半导体器件60提供的电阻电压降)被施加在第一和第二组件端子61、62之间。
负载电流ILOAD开始通过辅助传导路径400，这确保了极端子16、17之间的电气连续性，并且负载电压VLOAD跟随线电压VLINE(除了由于处于ON状态的半导体器件60而导致的小的电阻电压降之外)。
负载电流ILOAD停止通过主传导路径300。
在时刻t6，当在第一和第二堆叠端子61、62之间提供负电压时，半导体器件60切换到OFF状态。在主传导路径300和辅助传导路径400被中断时，没有负载电流ILOAD流向电负载102(图8)。
负载电压VLOAD不再跟随线电压VLINE(该负载电压VLOAD在电负载102被假定为电容型时在电压VLINE的峰值处初始保持恒定)。
可移动触头4可以到达第三位置P3，在第三位置P3处，可移动触头4从第一堆叠端子61和第二堆叠端子62解耦以及从固定触头5电解耦。
关于上述示例，明显的是，上述电量(特别是负载电流ILOAD)的行为可以取决于时刻t5、t6的定时而变化，时刻t5、t6的定时进而取决于断开操纵的初始时刻、可移动触头4和可移动电路组件6遵循的运动规律、以及第一导电部分41和第二导电部分42相对于固定触头5的位置。
然而，上面示出的示例示出了半导体器件60在可移动触头4和可移动电路组件6的移动期间，如何取决于在开关设备1的闭合操纵期间由这些触头和组件到达的位置而在不同时刻t5、t6处切换。
显然，当半导体器件60被布置有相对于所引用的附图中所示的配置的双重配置时，在电极2中的上述电量将以类似的方式表现。
通常，对于上述现有技术的解决方案(例如，EP2523203中提出的解决方案)，多个半导体器件60(多个半导体器件60能够与可移动触头4电耦合或电解耦，以建立或中断与主传导路径300并联的、极端子16、17之间的辅助传导路径400)的布置在减少寄生现象方面提供了相关的优点、寄生现象诸如为在断开操纵期间(当电源101从电负载102解耦时)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可以与可移动触头4一起移动的多个半导体器件60(优选形成紧凑堆叠结构)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体积方面提供了相关的优点。如将从下面更好地出现的，半导体器件60可以以紧凑结构形成，该紧凑结构可以容纳在内部容积20的适当部分中，该内部容积20通常自由地允许可移动触头4通过。该解决方案允许相对于现有技术的传统解决方案简化电极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，并且可以采用较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，并且能够相对于现有技术的传统解决方案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。
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提供的总体电流开关能力。
开关设备1可以在较高的电流水平(例如达到几十kA)下操作，从而能够承受特别强的浪涌电流或者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，可移动触头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电平。
根据优选实施例，电路组件6以这种方式被布置，使得被固定到致动杆9并且为可移动触头4提供支撑，即为可移动触头4的的第一和第二导电部分41和42提供支撑。
优选地，电路组件6包括形成第一和第二组件端子61、62的第一和第二导电元件。
优选地，第一和第二导电元件61、62由垂直于电极2的纵向轴线100设置的导电板形成。
优选地，第一导电元件61以这样的方式安装在半导体器件60的堆叠上，使得将半导体器件60的堆叠夹在与第二导电元件62配合的位置。
优选地，第二导电元件62机械地固定到致动杆9，并且它形成用于半导体器件60的堆叠的支撑。
在实践中，第一和第二导电元件61、62被布置在半导体器件60的堆叠的相对端(方便地沿着或平行于纵向轴线100)。
优选地，电路组件6包括被布置在第一和第二导电元件61、62之间、并且与第一和第二导电元件61、62机械耦合的绝缘元件63。
方便地，第一和第二导电元件61、63和绝缘元件63形成容纳半导体器件60的堆叠、并且被机械地固定到所述致动杆9的外壳。
优选地，绝缘元件63包括电绝缘材料的管状体，该管状体的相对的顶端和底端63A和63B(分别在相对于固定触头5的近侧和远侧位置)与第一和第二导电元件61、62机械地耦合，并且与这些元件配合地限定容纳半导体器件60的容积。
方便地，可移动触头4的第一和第二导电部分41、42在相互间隔的位置固定在上述外壳上。
该解决方案以这样的方式显著地简化了半导体器件60和可移动触头4的布置，使得它们可以在开关设备的开关操纵期间一起移动。
优选地，第一导电部分41在绝缘元件63的顶端63A处固定在绝缘元件63上，并且第一导电部分41与第一导电元件61电耦合和机械耦合、或者与第一导电元件61形成整体。
优选地，第二导电部分42在绝缘元件63的底端63B处固定在绝缘元件63上，并且第二导电部分42与第二导电元件62电耦合和机械耦合、或者与第二导电元件62形成整体。
优选地，第一导电部分41和第二导电部分42都具有管状形状，并且借助于合适的固定引脚44而被固定到绝缘元件63的外表面630。
优选地，第一导电部分41和第二导电部分42具有由沿着绝缘元件63的外表面630延伸的间隔槽415分开的对应的相对边缘410、420。
优选地，第一导电部分41和第二导电部分42的相对边缘410、420以这种方式被设计，使得间隔槽415具有至少围绕纵向轴线100延伸的倾斜轮廓。
当可移动触头4和电路组件6从上述耦合位置P2移动到上述耦合位置P1时(特别是当固定触头5包括一对重叠触头环52时)，该解决方案允许从辅助路径400到主传导路径300的负载电流ILOAD的更平滑的换向。
优选地，由滑动连接组件7的导电体78形成的空腔77被设计为至少部分地容纳固定在其上的可移动电路组件6以及可移动触头4的第一和第二导电部分41、42。
方便地，接触环79被布置为取决于可移动触头4的位置、更准确地取决于由可移动电路组件6以及第一导电部分41和第二导电部分42形成的组的位置，而提供与第二导电部分42以及可能的第一导电部分41的滑动电连接。
优选地，由固定触头5的导电体51形成的空腔53被设计为至少部分地容纳固定在其上的可移动电路组件6以及可移动触头4的第一和第二导电部分41、42。
方便地，接触环52被布置为取决于可移动触头4的位置、更准确地取决于由可移动电路组件6以及第一导电部分41和第二导电部分42形成的组的位置，而提供与第一导电部分41或第二导电部分42或这两个导电部分的滑动电连接。
开关设备1的上述实施例可以受到落入本发明的范围内的变化和修改。
作为示例，根据一些实施例(未示出)，每个电极可以包括以这样的方式布置的一个或多个中间端子，使得不同的半导体器件组在所述可移动触头的移动期间的不同时刻处、取决于由可移动触头到达的位置而切换到ON状态或OFF状态。
另外，诸如第一导电部分41和第二导电部分42、第一导电元件61和第二导电元件62以及绝缘元件63的一些部件可以根据开关设备1的特殊构造要求而被不同地布置。
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能够甚至在高电流电平下操作，从而相对于现有技术的可用开关设备示出了改进的开关性能。与传统开关设备不同，开关设备1甚至可以当存在短路电流时进行操作。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在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 (13)

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)，沿着纵向轴线(100)延伸，并且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)的对应的相导体(101A)以及电负载(102)的对应的负载导体(102A)电连接；
-可移动触头(4)和固定触头(5)，所述可移动触头(4)和所述固定触头(5)能够在所述可移动触头朝向或远离所述固定触头移动时彼此电耦合或电解耦，所述固定触头与所述第一极端子电连接，所述可移动触头能够与所述第二极端子电连接；
其特征在于，所述开关设备包括可移动电路组件(6)，所述可移动电路组件(6)包括多个半导体器件(60)，所述多个半导体器件(60)适于取决于施加到所述多个半导体器件(60)的电压而切换到传导状态或阻断状态，所述半导体器件以使得当所述半导体器件处于传导状态时、电流(ILOAD)能够根据预定传导方向(CD)流动的方式而被彼此串联电连接，所述可移动电路组件包括用于所述多个半导体器件(60)的第一组件端子(61)和第二组件端子(62)，所述可移动电路组件(6)与所述可移动触头(4)可操作地耦合、并且在所述可移动触头朝向或远离所述固定触头(5)的移动期间与所述可移动触头一起移动，所述半导体器件取决于在所述开关设备的开关操纵期间所述可移动触头和所述可移动电路组件的位置(P1、P2、P3)，而切换到传导状态或阻断状态。
2.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述多个半导体(60)彼此堆积，以形成半导体器件的堆叠。
3.根据前述权利要求中任一项所述的开关设备，其特征在于，所述可移动触头(4)包括第一导电部分(41)和第二导电部分(42)，所述第一导电部分(41)和所述第二导电部分(42)彼此电断开连接、并且分别与所述第一组件端子(61)和所述第二组件端子(62)电连接，在所述开关设备的开关操纵期间，当所述可移动触头和所述可移动电路组件(6)到达不同的位置(P1、P2、P3)时，所述第一导电部分和所述第二导电部分能够与所述固定触头(5)电耦合、或者能够从所述固定触头(5)电解耦。
4.根据权利要求3所述的开关设备，其特征在于，在所述开关设备的开关操纵期间，所述可移动触头(4)和所述可移动电路组件(6)到达：
-第一位置(P1)，其中所述第二导电部分(42)与所述固定触头(5)和所述第二极端子(17)耦合；
-第二位置(P2)，其中所述第一导电部分(41)与所述固定触头(5)耦合、并且从所述第二极端子(17)解耦，以及其中所述第二导电部分(42)与所述第二极端子耦合、并且从所述固定触头解耦；
-第三位置(P3)，其中所述第一导电部分(41)和所述第二导电部分(42)从所述固定触头(5)解耦。
5.根据权利要求4所述的开关设备，其特征在于，在所述开关设备的断开操纵期间：
-当所述可移动触头(4)和所述可移动电路组件(6)处于所述第一位置(P1)时，所述半导体器件(60)处于阻断状态；
-当所述可移动触头(4)和所述可移动电路组件(6)到达所述第二位置(P2)时，所述半导体器件(60)切换到传导状态；
-当所述可移动触头(4)和所述可移动电路组件(6)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。
6.根据权利要求4所述的开关设备，其特征在于，在所述开关设备的闭合操纵期间：
-当所述可移动触头(4)和所述可移动电路组件(6)处于所述第三位置(P3)时，所述半导体器件(60)处于阻断状态；
-当所述可移动触头(4)和所述可移动电路组件(6)到达所述第二位置(P2)时，所述半导体器件(60)切换到传导状态；
-当所述可移动触头(4)和所述可移动电路组件(6)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。
7.根据权利要求2所述的开关设备，其特征在于，所述可移动电路组件(6)包括：
-第一导电元件(61)和第二导电元件(62)，形成所述第一组件端子和所述第二组件端子，所述第一导电元件被安装在所述半导体器件(60)的所述堆叠上，所述第二导电元件被机械地固定到所述电极的致动杆(9)、并且支撑半导体器件的所述堆叠，使得半导体器件的所述堆叠被夹在所述第一导电元件与所述第二导电元件之间；
-绝缘元件(63)，布置在所述第一导电元件(61)与所述第二导电元件(62)之间、并且与所述第一导电元件(61)和所述第二导电元件(62)机械地耦合；
所述第一导电元件和所述第二导电元件以及所述绝缘元件形成外壳，所述外壳容纳半导体器件的所述堆叠、并且被机械地固定到所述致动杆。
8.根据权利要求7所述的开关设备，其特征在于，所述第一导电部分(41)和所述第二导电部分(42)在相互间隔的位置处被固定在所述外壳上。
9.根据权利要求8所述的开关设备，其特征在于，所述第一导电部分(41)和所述第二导电部分(42)具有由间隔槽(415)分开的相对边缘(410、420)。
10.根据权利要求9所述的开关设备，其特征在于，所述间隔槽(415)具有倾斜轮廓。
11.根据前述权利要求1至2以及4至10中任一项所述的开关设备，其特征在于，所述固定触头(5)与所述第一极端子(16)固定。
12.根据前述权利要求1至2以及4至10中任一项所述的开关设备，其特征在于，每个电极(2)包括滑动连接组件(7)，所述滑动连接组件(7)适于：在所述可移动触头朝向或远离所述固定触头(5)的移动期间，将所述可移动触头(4)与所述第二极端子(17)电耦合。
13.一种开关装置，包括根据前述权利要求中一项或多项所述的开关设备(1)。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3114908A1 (fr) * 2020-10-07 2022-04-08 Schneider Electric Industries Sas Interrupteur de courant optimisé sur ligne électrique
EP4080725B1 (en) * 2021-04-23 2023-12-13 ABB S.p.A. Method for estimating the operating conditions of a switching apparatus
CN113325770B (zh) * 2021-05-27 2022-06-28 安徽工程大学 一种多电路可时序搭配控制开关
EP4120307B1 (en) * 2021-07-12 2023-11-29 ABB S.p.A. A switching apparatus for electric grids
CN114743811B (zh) * 2022-04-27 2023-09-26 北京海博思创科技股份有限公司 铜排组件和电源切换开关

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002093066A1 (fr) * 2001-05-11 2002-11-21 Ljudmila Grigorievna Aslanova Gaine thermo-isolante pour tuyaux
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
CN107924778A (zh) * 2015-07-07 2018-04-17 Abb瑞士股份公司 开关器件

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATA252692A (de) * 1992-12-21 1997-11-15 Elin Energieversorgung Schaltungsanordnung bei einem lastwähler
AT410612B (de) * 2001-04-20 2003-06-25 Reinhausen Maschf Scheubeck Lastwähler

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002093066A1 (fr) * 2001-05-11 2002-11-21 Ljudmila Grigorievna Aslanova Gaine thermo-isolante pour tuyaux
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
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
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US20200083001A1 (en) 2020-03-12

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