CN111566771B - 开关设备中的用于电流传导和总线传输切换的触头系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过转动和扭转机构具有总线传输电流切换能力的开关设备(100)。开关设备包括用于电流传导和总线传输切换的触头系统。触头系统具有固定触头组件和可动触头组件。每个触头组件包括主触头和弧触头。弧触头(204、310)用于总线传输切换。可动触头组件包括电流路径管(302)和端部件(304)。电流路径管(302)为圆筒管,并且端部件(304)为矩形块。可动触头组件包括设置在矩形块上的可动主触头(308)和在圆筒管的端部处设置在围绕周边的部分上的可动弧触头(310)。在接合期间,圆筒管(302)绕第一轴线转动以使触头组件彼此靠近,并绕第二轴线扭转以便主触头(202a、202b、308)接合。
Description
技术领域
本发明总体上涉及具有转动和扭转机构的开关设备。更具体地,本发明涉及这种开关设备中的用于电流传导和总线传输切换的触头系统。
背景技术
诸如隔离开关或隔离器之类的开关设备具有不同的构造。一种开关设备构造是转动和扭转型,其中,开关设备包括转动和扭转机构。根据开关设备的类型,可能会有一个或多于一个固定触头/可动触头。例如,可以是双开断隔离开关或单开断隔离开关。在侧开断(side break)构造中,双开断隔离开关可具有两个可动触头和两个固定触头。
这种开关设备(例如,隔离开关)可以用于总线之间的负载传输(总线传输)。在这样的应用中,开关设备具有关合/开断能力,以应对总线传输中涉及的电应力/机械应力。通常,开关设备触头(固定的/可动的)设计为用于应对总线传输中的电应力/机械应力。这些触头通常是触针和/或触板/触指,它们中的任一者都可以设置为固定触头或可动触头。
随着需求的增加,期望用于更高额定电流(例如,约2000A或更高)的高压开关设备(例如,约100kV或以上)。需要支持这种额定值下的总线传输切换。另外,根据开关设备类型,需要不同的关合/开断能力。随着额定值增大,开关设备触头会由于电应力/机械应力增大而遭受更高的磨损。现有的开关设备触头系统不适合应对这种应力。
鉴于上述情况,需要具有用于这种更高额定值的改进的触头系统的开关设备。
发明内容
本发明提供一种用于电连接和电切断的具有转动和扭转机构的开关设备。例如,开关设备是单开断隔离开关或双开断隔离开关。再举一个示例,开关设备可以是竖向开断隔离开关(vertical break disconnector)或隔离器。在一个实施例中,开关设备是具有两个固定触头和两个可动触头的双侧开断隔离开关(double side break disconnector)。
根据各种实施例,开关设备包括用于电流传导和总线传输切换的触头系统。所述触头系统包括至少一个固定触头组件和至少一个可动触头组件。例如,如果开关设备为单开断类型,则其具有一个固定触头组件和一个可动触头组件。类似地,如果开关设备为双开断类型,则其可以具有两个固定触头组件和两个可动触头组件(取决于开关设备是中央开断(central break)型还是侧开断型)。
开关设备的固定触头组件包括固定主触头和固定弧触头。固定主触头用于电流传导,并包括触指。在一个实施例中,固定主触头具有第一组触指和第二组触指。这里,两组触指彼此平行,并且被定位成与可动触头组件的相应的接触元件接合。可以根据开关设备的额定值确定每组中触指的数量。
固定弧触头设置成用于总线传输切换。固定弧触头为包括接触元件的指状件,该接触元件用于在总线传输切换期间与所述触头系统的可动弧触头的相应接触元件接合。在固定主触头包括两组触指的实施例中,弧触头定位成靠近第一组触指。根据该实施例,两组触指之间的间隔小于弧触头与第二组触指之间的间隔。此外,固定弧触头的接触元件设置在指状件的与触指成角度的部分上。
可动触头组件包括电流路径管和端部件。根据各种实施例,电流路径管是圆筒管,并且端部件是矩形块。在一个实施例中,端部件的长度或宽度小于电流路径管的直径。矩形块附接在圆筒管的端部处。例如,矩形块可被焊接在设置于圆筒管的端部处的凸缘处。
可动触头组件包括可动主触头和可动弧触头。可动主触头用于与固定主触头(即,触指)接合用以电流传导,并且可动弧触头用于总线传输切换。可动主触头设置在矩形块上,可动弧触头在圆筒管的端部处设置在围绕圆筒管周边的部分上。
在一实施例中,可动主触头包括与矩形块附接的两个u形接触元件,其中,每个u形接触元件设置成用于与相应的一组触指接合。在一个实施例中,可动弧触头定位成使得可动弧触头的一部分在围绕圆筒周边的部分处突出。此外,可动弧触头在可动弧触头的位于圆筒管周边内的部分处与圆筒管附接。
在可动触头组件与固定触头组件接合期间,圆筒管转动并扭转。圆筒管绕第一轴线(例如,隔离器的穿过圆筒中心的竖向轴线)转动,以使可动触头组件靠近固定触头组件。在一实施例中,固定触头组件还包括用于止挡电流路径管的转动运动的机械止动件。根据该实施例,圆筒管转动直到其接触机械止动件,之后发生扭转。
圆筒管绕第二轴线(例如,圆筒管的轴线)扭转,以便可动主触头和固定主触头接合。根据一实施例,圆筒管扭转直至止动螺栓平行于固定触头组件的板。
在可动触头组件和固定触头组件接合期间,用于总线传输切换的弧触头是最先接合的触头,并且随着弧触头开始脱离接合,主触头随后接合。到主触头完全接合时,弧触头已脱离接合。清楚的是,在脱离接合期间,主触头首先脱离接合,并且弧触头是最后脱离接合的触头。
可动触头组件也可以具有止动螺栓。止动螺栓可以与所述矩形块附接,以便防止在短路状态期间固定触头组件的触指与可动触头组件的主触头分离。
附图说明
在下文中,将参照附图中示出的示例性实施例更详细地说明本发明的主题,其中:
图1示出了根据本发明一实施例的具有转动和扭转机构的开关设备的立体图;
图2示出了根据本发明一实施例的开关设备的固定触头组件的立体图;
图3示出了根据本发明一实施例的开关设备的固定触头组件的分解图;
图4-图6示出了根据本发明一实施例的开关设备的可动触头组件的立体图;以及
图7-图10示出了根据一实施例的在切换期间可动触头组件和固定触头组件接合过程的不同侧视图。
具体实施方式
本发明提供了一种具有转动和扭转机构的开关设备。本发明的开关设备具有触头系统,该触头系统具有用于总线传输切换的触头。
图1示出了一实施例,其中,开关设备是隔离开关100。根据该实施例,隔离开关是双侧开断隔离开关。在图1的上部,隔离开关处于断开位置,隔离开关可以从该断开位置转动到如图1的下部所示的闭合位置。在图1的实施例中,隔离开关具有两个固定触头102a、102b和两个可动触头104a、104b。
图2示出了根据本发明实施例的开关设备的固定触头组件。如图所示,固定触头组件具有固定主触头(主要触头)和固定弧触头(在本文中也称为辅助触头)。如图2所示,主触头和弧触头与铸件附接。在该实施例中,主触头包括第一组主触指202a和第二组主触指202b。如图所示,每组触指可以具有大小和形状相似并且彼此平行地定位的多个触指。在图2的实施例中,每个触指是L形的并且如图所示在一端部214a、214b处与板附接,使得相应组中的触指彼此平行。可以根据开关设备的额定值确定每组中触指的数量。
如图3的分解图所示,第一组主触指202a和第二组主触指202b中的触指利用触指保持件218与铸件216附接。每个触指包括平坦表面220。平坦表面提供了对由于电力/机械力(例如,在切换(转动/扭转)期间受到的力)引起的触指旋转的锁定。铸件上设置有槽(例如222)以垂直地容纳触指。由于槽和触指的形状提供了垂直安装选项,触指可以相对于铸件上下移动(例如,以便调整两组触指之间的距离)。因此,可以根据隔离开关所需的接触力调整触指(组)之间的间隙。这是有帮助的,尤其是需要在制造后(例如在现场位置组装期间)调整触指之间的间隙的情况下。
如图2所示,弧触头204是用于总线传输切换的触指。根据该实施例,弧触头靠近第一组触指202a。此外,弧触头定位成略低于第一组触指,以便与可动弧触头相应地接合。
根据图2所示的实施例,弧触头基本上是平坦的,其中,弧触头的第一部分206平行于主触指,而弧触头的第二部分208与第一部分成角度。清楚的是,触指在线处弯折,使两个平坦的表面彼此成角度。弧触头在第二部分上具有接触元件210,用于与可动弧触头接合。因此,弧触头用作板片弹簧和载流系统。
在图2所示的实施例中,固定触头组件还包括机械止动件212。该止动件用于对可动触头组件的转动运动进行止挡(如下所述)。
图4-图6示出了根据本发明一实施例的开关设备的可动触头组件。可动触头组件包括电流路径管302和端部件304。如图所示,电流路径管为圆筒管,端部件为矩形块。此外,如图所示,矩形块的尺寸(长度、宽度)小于圆筒管的直径。这里,矩形块附接于圆筒管的端部。根据该实施例,如图6中突出显示的,矩形块通过矩形块的凸缘306附接(例如焊接)在圆筒管的端部处。
可动触头组件包括可动主触头308和可动弧触头310。可动主触头可以是单触头或具有两个或更多个接触元件的触头。在图4和图5的实施例中,如图所示,主触头(或主要触头)包括设置在矩形块上的两个u形接触元件312a、312b。此外,如图所示,可动弧触头设置在圆筒管的端部处。这里,弧触头设置在围绕圆筒管周边(周边部分)的部分312上。
如图4和图5所示,根据该实施例,可动弧触头定位成使得可动弧触头的一部分在围绕圆筒周边的部分处突出。此外,如图所示,可动弧触头在可动弧触头的位于圆筒管周边内的部分处与圆筒管附接。可动弧触头设置成使得:在可动触头组件的转动运动结束时,首先(固定触头组件/可动触头组件的)弧触头接合,随后发生换向(commutation),在换向过程中弧触头逐渐脱离接合而主要触头接合。
可动触头组件可以绕两个轴线旋转。参照图1,圆筒管可以绕第一轴线AA’旋转或转动106a、106b,以及绕第二轴线BB’扭转108a、108b。如图1所示,第一轴线是竖向轴线(例如,绝缘体的轴线),圆筒管可绕竖向轴线旋转以使可动触头组件移动。此外,如图所示,第二轴线是水平轴线(例如,圆筒管的轴线),圆筒管可绕水平轴线旋转(或扭转)以使可动触头组件相对于固定触头组件移动。在图4和图5所示的实施例中,可动触头组件包括止动螺栓314。止动螺栓可以与矩形块附接,以便防止在短路状态期间固定触头组件的触指与可动触头组件的主触头分离。根据一实施例,圆筒管扭转直至止动螺栓平行于固定触头组件的(例如铸件的)板。
转动可动触头组件可使可动触头组件到达如图7所示的位置。在闭合期间,电流路径管以一角度(例如,相对于竖向方向约50°)进入固定触头组件。电流路径管的角度设定成使得:在主要触头之间保持足够的间隙,以防止在闭合期间主要触头之间产生电弧。
电流路径管转动直至管接触止动件。图8示出了刚好在扭转之前的触头的位置。因此,当电流路径管进一步在固定触头内移动时,弧触头首先彼此接触,电弧仅出现在弧触头之间。
图9示出了换向期间触头的位置。当电流路径管接触止动件212(图2)时,电流路径管开始扭转。在此阶段,弧触头逐渐脱离接合,而主要触头逐渐接合。触头设计成使得:触头有足够的重叠,以便电流从弧触头平滑切换到主要触头。
图10示出了处于完全闭合状态的触头的位置。当电流路径管完全扭转时,开关设备进入完全闭合状态。在一实施例中,电流路径管扭转了50°以使开关设备进入完全闭合状态。如图所示,在完全闭合状态下,弧触头完全脱离接合,并且主要触头完全接合。在此位置,额定电流仅从主要触头流出。
因此,用于总线传输切换的触头(BTS触头)起到弧触头的作用。当开关设备处于完全闭合状态时,BTS触头脱离接合,因此额定电流仅流经主要触头。BTS触头采用特殊材料制成,以最小化BTS触头之间的电弧腐蚀和电弧焊接。在一实施例中,BTS触头由铜/钨材料制成。
BTS触头设计成使得:电流路径管的扭转中止可能由于电弧引发的BTS触头之间的任何焊接。另外,BTS触头的设计使得BTS触头之间的接触力随着电流路径管的扭转而增加,从而防止在主要触头之间产生电弧的任何可能性。此外,在换向期间(接触从辅助触头转移到主要触头的阶段),接触电阻较低(归因于由于平坦辅助触头的弹簧特性而产生的良好接触力),使得可在断开和闭合操作期间从辅助触头平滑过渡到主触头,而没有电弧产生。即使在可能发生一些触头腐蚀的情况下,平坦触头的弹簧作用也确保始终保持接触。
Claims (8)
1.一种用于电连接和电切断的具有转动和扭转机构的开关设备(100),所述开关设备包括用于电流传导和总线传输切换的触头系统,所述触头系统包括:
至少一个固定触头组件,所述固定触头组件包括固定主触头(202a、202b)和固定弧触头(204),其中,所述固定弧触头设置成用于总线传输切换,并且其中,所述固定弧触头为包括接触元件(210)的指状件,所述接触元件(210)用于在总线传输切换期间与所述触头系统的可动弧触头的相应接触元件(310)接合;以及
至少一个可动触头组件,所述可动触头组件包括电流路径管(302)和端部件(304),其中,所述电流路径管为圆筒管,并且所述端部件为附接在所述圆筒管的端部处的矩形块,其中,所述可动触头组件包括可动主触头(308)和可动弧触头(310),其中,所述可动主触头用于与所述固定主触头接合用以电流传导,并且所述可动弧触头用于总线传输切换,其中,所述可动主触头设置在所述矩形块(304)上,并且所述可动弧触头在所述圆筒管的端部(312)处设置在围绕圆筒管周边的部分上,
其中,在所述可动触头组件与所述固定触头组件接合期间,所述圆筒管绕第一轴线(AA')转动,以使所述可动触头组件靠近所述固定触头组件,并且随后,所述圆筒管绕第二轴线(BB')扭转以便所述可动主触头与所述固定主触头接合,其中,在所述可动触头组件和所述固定触头组件接合期间,用于总线传输切换的所述固定弧触头和所述可动弧触头是最先接合的触头,并且在所述可动主触头和所述固定主触头接合时脱离接合。
2.根据权利要求1所述的开关设备,其中,所述固定主触头包括第一组触指(202a)和第二组触指(202b),其中,所述弧触头(204)定位成靠近所述第一组触指,并且其中,所述两组触指之间的间隔小于所述弧触头与所述第二组触指之间的间隔。
3.根据权利要求2所述的开关设备,其中,所述固定弧触头的所述接触元件(210)设置在所述指状件的与所述触指成角度的部分(208)上。
4.根据权利要求2所述的开关设备,其中,所述可动主触头包括与所述矩形块(304)附接的两个u形接触元件(3l2a、3l2b),其中,每个u形接触元件设置成用于与相应的一组触指(202a、202b)接合。
5.根据权利要求1所述的开关设备,其中,所述固定触头组件还包括用于止挡所述电流路径管的转动运动的机械止动件(212)。
6.根据权利要求1所述的开关设备,其中,所述可动触头组件还包括与所述矩形块(304)附接的止动螺栓(314),所述止动螺栓(314)用于防止在短路状态期间所述固定触头组件的触指与所述可动触头组件的主触头分离。
7.根据权利要求1所述的开关设备,其中,所述端部件的长度和宽度小于所述电流路径管的直径。
8.根据权利要求1所述的开关设备,其中,所述开关设备为具有两个可动触头和两个固定触头的双侧开断隔离开关。
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