CN111613478A - 真空瓶的致动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于致动电气设备的真空瓶(20)的系统，该真空瓶连接在对电气设备的一相的主电路(10)分流的电路中，并且包括活动电极(22)和固定电极(21)。该致动系统包括分流触点(13)和电磁体，该分流触点(13)在断开电气设备的移动期间连接到主电路(10)的活动触点(14)，该电磁体的线圈(30)连接在活动电极(22)和分流触点(13)之间，并且该电磁体的磁芯(31)与活动电极(22)机械地连结，使得仅当通过线圈(30)的电流的值达到预定阈值时，磁芯(31)才驱动活动电极(22)到断开位置。

Description

真空瓶的致动系统

技术领域

本发明涉及一种用于出于断开中压或高压电气设备(即在高于1000伏的电压下工作的设备)中的电路的目的而致动真空瓶的系统。

本发明还涉及一种包括用于其至少一个相的这种致动系统的电气设备。在本文件中，术语电气设备无差别地包括几种类型的设备，诸如开关、断路器、接触器、开关熔断器、重合闸、隔离开关等。

背景技术

文件EP2182536中描述的类型的中压或高压电气设备包括一种真空瓶，该真空瓶不放置在包括该设备的一相的主开关的主电路中，而是放置在与该主开关并联的分流电路中。当主开关闭合时，真空瓶中因此没有电流流动。真空瓶仅在断开主电路的操作期间借助于主开关的断开机制而被调用，该断开机制首先可以将电流从主电路切换到分流器，这使得可以在电流完全在真空瓶中流动的同时断开主开关。真空瓶随后被断开机制依次断开。

由于这种结构，真空管仅在主相电路的断开阶段接收电流，而不是在主开关闭合时接收电流。此外，真空瓶在闭合主电路的操作期间不被调用，并且它也不必承受可能的短路电流，特别是当电气设备是开关时。真空瓶只是必须能够在切断主电路中的电流之后承受瞬态恢复电压TRV(TRV代表瞬态恢复电压)。

其结果是，与将真空瓶放置在电气设备的主电路中的传统结构相比，真空瓶可以有利地被简化和设计成小得多的尺寸。

此外，可以将电流从主电路切换到分流电路并随后断开放置在分流电路中的真空瓶的断开机制必须非常精确且可重复，以便：一方面确保对于每一相，真空瓶的断开实际上仅在主开关已经充分断开的情况下执行，以避免在TRV电压的作用下再次点燃或再次触发而在主开关上产生电弧的风险，另一方面，确保该设备的不同相的真空瓶实际上同时断开。

文件EP3300097已经描述了这种断开机制。其特别包括一种用于驱动真空瓶的活动电极的设备。该驱动设备由主开关的活动触点通过可移动叶片驱动。然后，驱动设备通过用于精确调节活动电极的移动的调节螺母的中介作用，将活动电极向断开位置驱动。然而，该驱动设备包括一定数量的小机械部件，这些小机械部件需要精确调节以便获得良好的系统再现性。

此外，这种致动系统的问题之一在于获得符合所讨论的设备的现行标准的性能。另一问题在于最小化真空瓶被调用的次数。事实上，在具有这种致动系统的电气设备的主电路中的切断期间，只有在主电路中确实存在有效负载并且电流超过主活动触点的切断能力的情况下，真空瓶才应该优选地被断开。这也避免了在每次断开移动时都系统地断开真空瓶，即使在没有主电流的情况下，这有利地减少了真空瓶的使用，并进一步简化了真空瓶的设计。

此外，即使主电路被切断并且主电流很少或没有，在某些情况下电容性电荷仍然可以保留在电气设备下游的电缆中，并且真空瓶在这种情况下不断开的事实可以降低与电容性电荷相关的介电应力(dielectric stress)。

因此，本发明的目的之一是找到一种简单、可靠且经济的系统，该系统一方面可以避免在断开放置在对电气设备的主电路分流的电路中的真空瓶时所涉及的部件的精确调节的限制，另一方面可以只有在必要时，也就是说，在电气设备的主电路中流动的电流大于预定阈值(例如对应于主触点的切断能力)的情况下，才通过执行断开来最小化真空瓶的断开的次数。

发明内容

为此，本发明描述了一种用于致动电气设备的真空瓶的系统，该真空瓶连接在对电气设备的一相的主电路分流的电路中，并且包括活动电极和固定电极，该活动电极可在两个电极彼此接触的闭合位置和两个电极分离的断开位置之间移动。该致动系统包括：

-分流触点，其在断开电气设备的移动期间连接到主电路的活动触点，

-电磁体，其线圈连接在活动电极和分流触点之间，并且其磁芯与活动电极机械地连结，使得仅当通过线圈的电流的值达到预定阈值时，磁芯才驱动活动电极到断开位置。

根据一个特征，当电流在至少预定时间段期间通过线圈时，磁芯驱动活动电极到断开位置。

根据另一特征，磁芯通过缓冲设备的中介作用与活动电极机械地连结。

根据另一特征，缓冲设备包括连接到磁芯并且与连接到活动电极的驱动部件协作的推杆。

根据另一特征，在断开电气设备的移动期间，推杆在先前已经在推杆和驱动部件的一侧之间行进了距离D之后驱动该驱动部件。所述预定时间段由距离D确定。

根据另一特征，致动系统包括与线圈并联放置的电子电路，并且包括电子开关，使得只要通过电子电路的电流的值没有达到预定阈值，电子开关就处于闭合位置并且对线圈分流。

根据另一特征，致动系统还包括短路设备，当真空瓶处于断开位置时，该短路设备使线圈短路。

本发明还描述了一种电气设备，该电气设备包括至少一个主相开关和与主相开关并联放置的真空瓶，并且包括用于致动真空瓶的这种系统。

在多相电气设备(例如，三相)因此对于每一相都具有主开关的情况下，该设备优选地包括与每个主开关并联的真空瓶，并且因此包括用于每一相的真空瓶致动系统。

附图说明

在下面参照附图给出的详细描述中，其他特征将变得显而易见，其中：

图1示出了处于闭合位置的具有根据本发明的致动系统的电气设备的一相的开关电路的第一实施例的简化电路图，

图2至图6示出了在断开开关电路的移动的不同连续步骤期间的图1的致动系统，

图7示出了处于闭合位置的根据本发明的致动系统的另一实施例的简化电路图。

具体实施方式

图1示出了包括主电路10、主固定触点12和主活动触点14(以下也称为活动刀片14)的电气设备的一相的开关电路。

开关电路还包括在上游连接点15和分流触点13之间、与主电路10并联连接的分流电路11。该分流电路11包括真空瓶20，真空瓶20具有固定导电电极21(也称为固定杆)和活动导电电极22(也称为活动杆)。

在主电路10的闭合位置，活动刀片14仅与主触点12接触，并且允许电流在主电路中流动。因此，分流电路11中没有电流穿过。用于断开主电路10的移动发生在几个连续的步骤中。在第一步期间，活动刀片14与分流触点13接触，同时也保持与主触点12接触，如图2所示。然后，在接下来的步骤中，活动刀片14与主触点12分离，并保持与分流触点13接触，如图3和图4所示。然后，在最后一步中，为了进入主电路10的断开位置，活动刀片14也与分流触点13分离，如图5所示。

可选地，例如在三位置相开关的情况下，开关电路可以另外包括接地触点(图中未示出)，活动刀片14将在断开位置的端部到达该接地触点。

真空瓶20的电极22可沿纵轴X在两个电极21、22彼此接触的闭合位置和两个电极21、22分离的断开位置之间移动。固定电极21连接到上游连接点15。常规地，真空瓶20还包括复位弹簧(图中未示出)，以便执行闭合真空瓶的移动，也就是说，将活动电极22复位到其闭合位置。

根据本发明，真空瓶的致动系统包括电磁体，该电磁体具有围绕活动金属磁芯31的激励线圈30，该活动金属芯31在电流通过线圈30时被致动。线圈30的一个端部连接到分流触点13，另一端部在称为中间连接点24的连接点连接到活动电极22(见图2)。因此，如果真空瓶处于闭合位置并且如果活动刀片14与分流触点13接触，则线圈30接收电流。在线圈中存在电流的情况下，磁芯沿着纵轴X在断开真空瓶20的方向上移动。在线圈30中没有电流的情况下，复位弹簧(图中未示出)将磁芯31复位到初始静止位置。

电磁体的活动磁芯31与活动电极22机械地连结，使得当足够的电流在线圈30中流动时，活动磁芯31驱动活动电极22到断开位置。根据一个实施例，该机械连结通过缓冲设备25的中介作用而形成，该缓冲设备25被设计成使得仅当在预定时间段期间大于预定阈值的足够电流已经在线圈30中流动时，磁芯31才实际驱动活动电极22，以便为活动磁芯提供足够的动能。中间连接点24位于活动电极22和该缓冲设备25之间。将中间连接点24连接到线圈30的导体可以是柔性的，以便有助于活动电极22的移动。

根据图2–图6所示的实施例，缓冲设备具有机械设计的性质，并且包括连接到磁芯31的推杆26和连接到与推杆26协作的活动电极22的驱动部件27。驱动部件27例如具有矩形的形状，并且包括第一横向侧28和相对横向侧29，形成推杆26的一个端部被容纳在其中的空间。第一横向侧28连接到活动电极22。第二横向侧29在其中心被挖空，以便允许推杆26相对于部件27沿着纵向轴线X滑动。

因此，在主电路10的断开期间，致动系统的操作序列因此如下：

a)在图1中，对应于主电路10的闭合位置，刀片14从分流触点13断开。因此，线圈30中没有电流流动。磁芯31通过其复位弹簧复位到其静止位置，推杆26不与第二横向侧29接触，而是与第二横向侧29分离一定的距离D。

b)在图2中，活动刀片14与分流触点13接触，并且真空瓶20仍然闭合。因此，通过真空瓶20和线圈30的分流电路从此被供电。然而，只要活动刀片14保持与主触点12接触，由于线圈30的阻抗，电流就继续主要在主电路10中流动。

c)在图3中，活动刀片14继续其移动，并离开主触点12，以便只保持连接到分流触点13。因此，电流从此在分流电路中流动。线圈30被供电并将能够驱动磁芯31。当磁芯31开始其移动以便执行断开移动时，它驱动推杆26，在与第二横向侧29接触之前，推杆26将从行进距离D而开始。因此，推杆26还没有驱动该驱动部件27，这意味着，只要没有通过D，真空瓶20就保持闭合，如图3所示。

由此可见，在主电路的断开期间，主电路10中没有电流流动，驱动部件27不移动，并且真空瓶20有利地不被激活，这将它的使用限制在必要的情况下。

此外，距离D有利地提供了用作缓冲器的阈值，使得在开始断开真空瓶20之前，可以确保电流以足够的幅度在电磁体的线圈30中流动足够长的时间。电磁体的线圈30和距离D的值(例如几毫米数量级)被配置用于：

i)确保只要活动刀片14没有与主触点12充分分离，真空瓶20就不会断开，

ii)在开始断开真空瓶的移动之前定义预定电流阈值，例如具有对应于活动刀片14的切断能力的数量级30A。此外，优选地，该足够的电流也有必要流动足够长的时间。事实上，希望防止活动电极22在不能快速进入其断开位置的情况下开始其断开移动，这可能在电流在线圈20中以低幅度流动或者仅在非常短的时间内流动的情况下发生，例如由于可能在主电路的断开期间由空载电容性电荷生成的电流脉冲。

因此，距离D可以保证阈值效应，在该阈值以下，真空瓶的活动触点不会移动，而在该阈值以上，活动触点将完全结束其断开的移动。

此外，活动电极22的复位弹簧和磁芯的复位弹簧的力、不同部件的机械惯性以及瓶外环境中的压力和瓶的真空之间的压力差意味着线圈30中流动的电流必须足够高，以便克服这些不同的机械力并执行断开移动。

d)在图4中，已经超过距离D，推杆26和第二横向侧29因此接触，并且活动磁芯31此后驱动缓冲设备25和活动电极22，导致真空瓶的断开。

然而，当活动电极22从固定电极21分离时，线圈30中流动的电流将在真空瓶中不再有电弧并且活动磁芯31不再被保持时停止。然而，电磁体被设计成，特别是由于其自身的电感，放电足够慢，使得活动磁芯31能够在活动刀片14从分流触点13分离之后保持真空瓶20断开足够长的时间。

e)此外，本发明可选地提供一种用于使电磁体的线圈30短路的设备。该设备提供了与活动磁芯31机械且电气地连结的断开触点32的端部。触点32没有连接在真空瓶的闭合位置。在图5所示的断开位置的端部，断开触点32的端部与断开端子16的端部接触，断开端子16连接到分流触点13，并且因此连接到线圈30的一个端部。在这种配置中，组件26和27由导电材料制成，例如金属。为了改善电接触，接触垫当然可以设置在推杆26和第二横向侧29(在断开移动期间彼此接触)部分上。此外，为了确保触点32和端子16之间良好的电接触，显然可以使用常规的接触压力弹簧机构。

因此，如图5所示，当真空瓶20处于断开位置时，该短路设备具有使线圈30的电源电路短路的效果。事实上，线圈30的自供电电路如下：断开端子16的端部、线圈30、中间连接点24、推杆26、磁芯31、断开触点32的端部。由于该设备，在活动磁芯31在其复位弹簧的作用下复位到其初始位置并且活动电极22再次闭合真空瓶20之前，真空瓶20保持在断开和稳定位置的时间延长了(用该设备保持大约1秒，而不是200-300毫秒)。

f)图6示出了断开主电路的移动的最终位置，即主电路断开和真空瓶20复位到其闭合位置，此时在线圈30中流动的残余电流的作用下，磁芯31的复位弹簧的作用比电磁体的断开力更强。然后，断开触点32的端部与断开端子16的端部分离，推杆26再次与第二横向侧29相距距离D。

可替换地，本发明提供了图7所示的另一实施例。在该实施例中，缓冲设备具有电子设计，并且包括与线圈30并联的电子电路33，线圈30例如连接在分流触点13和中间连接点24之间。该电子电路33控制线圈30的供电，因为该电子电路33包括例如晶闸管类型的电子开关，这使得可以根据电子开关是闭合还是断开来分流或不分流线圈30。

当设备的主电路闭合时，电子电路33的开关闭合，并且因此线圈30被分流，因为其阻抗更高。因此，在断开主电路10的移动期间，开始在分流电路中流动的分流电流将主要直接在电子电路33中流动，而不通过线圈30。

然后，如果电子电路33检测到分流电流的值达到预定的足够的阈值，则它命令断开其电子开关。线圈30然后被供电，这将使得可以驱动磁芯31并断开真空瓶20。因此，电子电路33被设计成仅当达到某个足够的电流值时，才通过断开其电子开关的命令给线圈30供电。此外，它可以等待电流在分流电路中流动足够长的时间，从而允许分流电路中的切换。

仅当断开主电路的移动到达最终位置时，电子电路33的开关才会复位到其闭合位置。

电子电路33可以无差别地自供电，在切换期间供电并且因此通常是闭合的，或者它可以由外部电源供电。

Claims (9)

1.一种用于致动电气设备的真空瓶(20)的系统，所述真空瓶连接在对电气设备的一相的主电路(10)分流的电路中，并且包括活动电极(22)和固定电极(21)，所述活动电极可在所述两个电极彼此接触的闭合位置和所述两个电极分离的断开位置之间移动，其特征在于，所述致动系统包括：

-分流触点(13)，其在断开所述电气设备的移动期间连接到主电路(10)的活动触点(14)，

-电磁体，其线圈(30)连接在活动电极(22)和分流触点(13)之间，并且其磁芯(31)与活动电极(22)机械地连结，使得仅当通过线圈(30)的电流的值达到预定阈值时，磁芯(31)才驱动活动电极(22)到所述断开位置。

2.根据权利要求1所述的致动系统，其特征在于，当电流在至少预定时间段期间通过线圈(30)时，磁芯(31)驱动活动电极(22)到所述断开位置。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的致动系统，其特征在于，所述磁芯(31)通过缓冲设备(25)的中介作用与活动电极(22)机械地连结。

4.根据权利要求3所述的致动系统，其特征在于，缓冲设备(25)包括连接到磁芯(31)并与连接到活动电极(22)的驱动部件(27)协作的推杆(26)。

5.根据权利要求4所述的致动系统，其特征在于，在断开所述电气设备的移动期间，推杆(26)在先前已经在推杆(26)和驱动部件(27)的侧面(29)之间行进了距离(D)之后驱动所述驱动部件(27)。

6.根据权利要求5所述的致动系统，其特征在于，所述预定时间段由距离(D)确定。

7.根据权利要求1或权利要求2所述的致动系统，其特征在于，其包括与线圈(30)并联放置的电子电路(33)，并且包括电子开关，使得只要通过电子电路(33)的电流的值没有达到预定阈值，所述电子开关就处于闭合位置并且对线圈(30)分流。

8.根据前述权利要求之一所述的致动系统，其特征在于，其还包括短路设备，当真空瓶(20)处于断开位置时，所述短路设备使线圈(30)短路。

9.一种电气设备，包括主相开关和与所述主相开关并联放置的真空瓶，其特征在于，所述电气设备包括根据前述权利要求之一所述的用于致动所述真空瓶的系统。

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