CN111740728A - 改进的可抽出式固态开关设备 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种改进的可抽出式固态开关设备,包括:开关单元,具有一个或多个电极,并且对于每个电极包括线电流能够沿着其循环的第一电力触头和第二电力触头以及一个或多个固态开关;支撑框架,适于固定到支撑结构,并且对于每个电极包括所述线电流能够沿着其循环的第三电力触头和第四电力触头。开关单元可相对于所述支撑框架在插入位置和抽出位置之间可逆地移动。对于每个电极,开关单元至少包括液压回路,冷却流体能够沿着该液压回路循环,以去除由所述固态开关产生的热量。所述液压回路包括与所述支撑框架的对应的第三液压连接器和对应的第四液压连接器耦接或分离的第一液压连接器和第二液压连接器。
Description
技术领域
本发明涉及低压开关设备(诸如断路器、隔离开关(disconnector)、接触器等)的技术领域。
背景技术
出于本发明的目的,术语“低压”(LV)涉及低于1kV AC和1.5kV DC的电压。
如已知的,低压开关设备被用于电路或电网中,以允许这些电路或电网的特定部分正确操作。
例如,低压开关设备适于确保几个公用设施(utility)所必需的标称电流的可用性、实现电负载的正确插入和断连(disconnection)、(尤其是断路器)保护电网和安装的电负载免受诸如过载和短路之类的故障事件影响。
上述开关设备的各种工业解决方案可在市场上获得。
更传统的机电开关设备通常具有容纳一个或多个电极的外壳,该一个或多个电极中的每一个包括用以断开(break)和传导电流的一对可分离的触头。
驱动机构使可移动触头在第一闭合位置和第二打开位置之间移动,在该第一闭合位置中,可移动触头与对应的固定触头耦接,在该第二打开位置中,可移动触头与对应的固定触头间隔开。
虽然已证明此类设备非常鲁棒和可靠,但是在直流(“DC”)应用中,并且主要是在相对高电压(高达1500V)情况下,它们的中断时间可能非常长。
结果,通常在分离状态下在机械触头之间触发(strike)的电弧可能因此在相对长的时间内持续。
因此,电极的触头的严重磨损可能导致电气耐久性(即,开关设备可以执行的开关操作的数量)显著降低。
为了面对这样的问题,已经设计了所谓的固态断路器(“SSCB”)。
对于每个电极,这些开关设备包括用于电流断开目的的一个或多个固态开关。
典型地,固态开关是基于半导体的开关设备,其可以在导通状态和阻断状态之间换向。
SSCB的主要优点在于,它们由于其无电弧的断开操作而潜在地具有无限的电气耐久性。
此外,与机电开关设备的中断时间相比,它们的中断时间显著更短。
遗憾的是,当固态开关处于导通状态时,SSCB通常需要密集冷却以去除由流动通过固态开关的电流产生的热量。
为了面对这个问题,现有技术的一些SSCB已经设有排气设备,这些排气设备适于产生用于去除由固态开关产生的热量的气流。
该解决方案的主要缺点在于SSCB的尺寸和重量相对增加以及去除多余热量的效率相对低。
存在设有液压回路以去除由固态开关产生的热量的已知SSCB。
这种类型的当前可用的SSCB具有复杂的结构,并且由于需要手动布置液压连接以允许开关单元上板载(on-board)的液压回路被馈送冷却流体而难以在现场安装。因此,这些设备通常示出相对高的工业成本。
此外,用于布置上述液压连接的当前可用的解决方案通常不适合在所谓的“可抽出式”(即,设有可相对于固定到电开关板(electric switchboard)的支撑框架在插入位置和抽出位置之间可逆地移动的开关单元)的SSCB中实现。
在市场上,仍然感到需要能够解决或减轻上述缺点的创新技术解决方案。
发明内容
为了响应该需求,本发明提供了根据以下权利要求1和相关从属权利要求的可抽出式固态开关设备。
在一般定义中,根据本发明的开关设备包括:
-开关单元,具有一个或多个电极,并且对于每个电极包括第一电力触头和第二电力触头以及一个或多个固态开关,线电流能够沿着该第一电力触头和该第二电力触头循环,该一个或多个固态开关与所述第一电力触头和所述第二电力触头电气连接并且可在导通状态中或阻断状态中切换,以允许或中断所述线电流的流动;
-支撑框架,适于固定到支撑结构,并且对于每个电极包括第三电力触头和第四电力触头,所述线电流能够沿着该第三电力触头和该第四电力触头循环。
在操作中,开关单元可相对于所述支撑框架在插入位置和抽出位置之间可逆地移动。
当所述开关单元处于所述插入位置时,所述第一电力触头和所述第二电力触头分别与所述第三电力触头和所述第四电力触头耦接。
当所述开关单元处于所述抽出位置时,所述第一电力触头和所述第二电力触头分别与所述第三电力触头和所述第四电力触头分离。
根据本发明,对于每个电极,所述开关单元至少包括第一液压连接器和第二液压连接器,适于去除由所述固态开关产生的热量的冷却流体能够沿着该第一液压连接器和该第二液压连接器循环。
根据本发明,所述支撑框架至少包括第三液压连接器和第四液压连接器,所述冷却流体能够沿着该第三液压连接器和该第四液压连接器循环。
优选地,所述第三液压连接器和所述第四液压连接器在操作中与所述冷却流体的流体源流体动力连通。
当所述开关单元处于所述插入位置时,所述第一液压连接器和所述第二液压连接器分别与所述第三液压连接器和所述第四液压连接器耦接。
当所述开关单元处于所述抽出位置时,所述第一液压连接器和所述第二液压连接器分别与所述第三液压连接器和所述第四液压连接器分离。
根据本发明的方面,所述第一液压连接器、所述第二液压连接器、所述第三液压连接器和所述第四液压连接器分别包括:
-用于所述冷却流体的第一通道、第二通道、第三通道和第四通道;以及
-第一阀装置(valve means)、第二阀装置、第三阀装置和第四阀装置,分别与所述第一通道、所述第二通道、所述第三通道和所述第四通道可操作地相关联。
方便地,所述第一阀装置、所述第二阀装置、所述第三阀装置和所述第四阀装置适于允许所述冷却流体沿着所述第一通道、所述第二通道、所述第三通道和所述第四通道流动或阻塞所述第一通道、所述第二通道、所述第三通道和所述第四通道。
根据本发明的方面,所述第一电力触头和所述第二电力触头布置在所述开关单元的第一后壁的外侧,并且所述第三电力触头和所述第四电力触头布置在所述支撑框架的第二后壁的内侧。
根据本发明的方面,所述第一液压连接器和所述第二液压连接器布置在所述开关单元的第一后壁的外侧,并且所述第三液压连接器和所述第四液压连接器布置在所述支撑框架的第二后壁的内侧。
方便地,当所述开关单元处于所述插入位置时,所述第一后壁和所述第二后壁彼此可操作地耦接。
根据本发明的方面,对于每个电极,所述支撑框架包括第五电力触头和第六电力触头,所述线电流能够沿着该第五电力触头和该第六电力触头循环,所述第五电力触头和所述第六电力触头分别与所述第三电力触头和所述第四电力触头电气连接,并且在操作中分别与第一电线部分和第二电线部分电气连接。
优选地,所述第五电力触头和所述第六电力触头布置在所述支撑框架的第二后壁的外侧。
根据本发明的方面,所述开关单元包括与所述第一液压连接器和所述第二液压连接器流体动力连通的中间液压回路段。
优选地,所述中间液压回路段包括彼此流体连通的一个或多个热交换部分。方便地,每个热交换部分包括用于从对应的固态开关吸收热量的一个或多个热交换表面。
附图说明
本发明的其它特征和优点将在附图中从对仅通过示例而非限制地图示的优选但非排他的实施例的描述更加清楚地展现,其中:
-图1-图7示意性地示出了根据本发明的开关设备的不同视图。
-图8-图13示意性地示出了根据本发明的开关设备在不同操作位置的不同局部视图。
具体实施方式
参考所提到的图,在第一方面,本发明涉及用于LV电路的开关设备1,诸如LV断路器、隔离开关、接触器等。
开关设备1包括开关单元2,该开关单元2包括一个或多个电极2A。开关单元2的电极的数量可以根据需要而变化。
在所引用的图中所示的实施例中,开关单元2包括单个电极2A。但是,根据本发明的其它实施例(未示出),开关单元2可以包括两个或更多个电极。
优选地,开关单元2被成形为成盒状形状的结构,并且它具有多个第一壁,该多个第一壁具有限定其中容纳电极2A和其它组件的容积的内侧,以及与所述内侧相对的外侧。
优选地,开关单元2包括彼此相对的第一前壁24和第一后壁25,彼此相对并且基本垂直于壁24和25的第一侧壁26、27,以及彼此相对并且基本垂直于壁24、25、26、27的第一上壁26A和第一下壁27A。
在开关设备1的正常操作定位中(如在所引用的图中所示),壁24、25、26、27相对于地面垂直定向,而上壁26A和下壁27A水平定向。
对于每个电极2A,开关单元2包括第一电力触头21和第二电力触头22,线电流可以沿着该第一电力触头21和该第二电力触头22循环。
优选地,电力触头21、22布置在开关单元2的第一后壁25处,更具体地,布置在所述第一后壁的外侧25B处。
电力触头21、22可以是已知类型的。
在所引用的图中所示的实施例中,每个电触头21、22由多个钳子(plier)组210-220形成,每个钳子组包括重叠的多对彼此面对的柔性且导电的成形臂。方便地,每个电触头21、22可以包括平行的接触部分,每个接触部分形成沿着相同轴线对准的两个或更多个钳子组(图6)。
对于每个电极,开关单元2包括一个或多个固态开关20,该一个或多个固态开关20有利地是基于半导体的开关设备,诸如,例如功率MOSFET、绝缘栅双极晶体管(“IGBT”)、门极可关断晶闸管(GTO)、集成式门极换向晶闸管(“IGCT”)等。
如所引用的图中所示,对于每个电极,开关单元2优选地包括多个固态开关20,该多个固态开关20可以根据需要以已知方式串联或并联地电气连接。
优选地,固态开关20沿着堆叠轴布置,并且通过合适的支撑布置29和牢固地固定于开关单元的壁的其它支撑组件(未示出)固定在这些固态开关20的操作位置。
但是,在本发明的其它实施例中(未示出),开关单元2可以包括用于每个电极的单个固态开关设备。在这种情况下,可以方便地采用用于将所述单个固态开关固定在其操作位置的不同布置。
根据本发明,对于每个电极,开关单元2至少包括液压回路10,冷却流体可以沿着该液压回路10循环以去除由固态开关产生的热量。
一般而言,冷却流体可以是已知类型的任何合适的传热液体(例如水)或已知类型的任何合适的传热气体(例如R410A或在空调系统中使用的另一种制冷剂气体)。
在所引用的图中所示的实施例中,开关单元2包括用于每个电极(在这种情况下为单个电极2A)的单个液压回路10。
但是,根据本发明的其它实施例(未示出),开关单元2可以包括用于每个电极的两个或更多个第一液压回路10。
开关单元2至少包括第一液压连接器11和第二液压连接器12,它们是对应的液压回路10的部分。
优选地,第一液压连接器11包括用于冷却流体的第一通道110和可操作地与所述第一通道相关联以允许或防止所述冷却流体沿着所述第一通道流动的第一阀装置111。
优选地,第二液压连接器12包括用于冷却流体的第二通道120和可操作地与所述第二通道相关联以允许或防止所述冷却流体沿着所述第二通道流动的第二阀装置121。
液压连接器11、12可以是已知类型的。作为示例,它们可以包括如所引用的图中所示的合适的成形套筒(sleeve)(例如,具有公型(male type)的外部几何形状),以限定相应的通道110、120。
而且,阀装置111、121可以是已知类型的。例如,它们可以包括如所引用的图中所示的固定的成形销,或所述液压连接器11、12的固定的套筒部分,或可操作地与合适的弹性装置(例如,弹簧或柔性舌)可操作地相关联的可移动的销或球。
优选地,液压连接器11、12布置在开关单元2的第一后壁25处,更具体地布置在所述第一后壁的外侧25B处。
优选地,液压回路10包括中间液压回路段13,该中间液压回路段13是对应的液压回路10的部分。
中间液压回路段13与所述第一液压连接器和第二液压连接器流体动力连通。
为了清楚起见,在本发明的范围内规定,涉及开关设备的一些部分的表述“流体动力连通”必须旨在参考操作条件,在该操作条件中上述冷却流体可以在所述部分之间流动,从而通过合适的管道或端口。
优选地,中间液压回路段13包括通过合适的管道15彼此流体连通的一个或多个热交换部分14。
优选地,每个热交换部分14包括一个或多个热交换表面(未示出),用于当对应的固态开关20处于传导状态时吸收由该对应的固态开关20产生的热量。
每个热交换部分14可以方便地以形成与对应的固态开关20热接触的所谓的“冷板”元件的方式布置。
但是,根据本发明的其它实施例,热交换部分14可以被不同地配置。
优选地,中间液压回路段13(例如,热交换部分14和管道15)至少部分地由电气绝缘的材料(例如塑料材料)制成。
根据本发明的一些实施例,中间液压回路段13的至少一些部分可以由金属材料(例如铝)制成。
根据本发明,开关设备1包括适于固定到支撑结构(例如电开关板的支撑结构)的支撑框架5。
优选地,支撑框架5被成形为成开放盒状形状的结构,并且它具有多个第二壁,该多个第二壁具有限定其中可以至少部分地容纳开关单元2的容积的内侧,以及与所述内侧相对的外侧。
优选地,支撑框架5包括前开口500和与所述开口相对并且相对于所述开口处于远端位置的第二后壁505,彼此相对并且基本上垂直于后壁505的第二侧壁501、502,以及彼此相对并且基本上垂直于壁501、502、505的第二上壁503和第二下壁504。
在开关设备1的正常操作定位中(如在所引用的图中所示),壁501、502、505相对于地面垂直定向,而上壁503和下壁504水平定向。
优选地,第二后壁505具有内侧505A以及相对的外侧505B,该内侧505A通常面向前开口500和开关单元2的第一后壁25的外侧25B,支撑框架5适于在相对的外侧505B处固定到上述支撑结构。
对于开关单元2的每个电极,支撑框架5包括第三电力触头51和第四电力触头52,电力线电流可以沿着该第三电力触头51和该第四电力触头52循环。
优选地,电力触头51、52布置在开关单元2的第二后壁505处,更具体地,布置在所述第二后壁的内侧505A处。
电力触头51、52可以是已知类型的。作为示例,每个电触头51、52可以由一对彼此平行的成形叶片(blade)形成(图4),并且以相对于电力触头21、22的上述部分对准并具有互补形状的方式布置。以这种方式,电触头21、22和51、52可以利用形状机械耦接而接合。
优选地,对于开关单元2的每个电极,支撑框架5包括第五电力触头57和第六电力触头58,线电流可以沿着该第五电力触头57和该第六电力触头58循环。第五电力触头57和第六电力触头58分别与第三电力触头51和第四电力触头52电气连接。为此目的,可以适当地采用已知类型的电气连接装置。
电力触头57、58适于分别与LV电线的第一电线部分和第二电线部分(未示出)电气连接。为此目的,可以适当地采用已知类型的附加电气连接装置。
优选地,电力触头57、58布置在开关单元2的第二后壁505处,更具体地,布置在所述第二后壁的外侧505B处。
电力触头57、58可以是已知类型的。作为示例,每个电力触头57、58可以由一组平行叶片形成。
优选地,支撑框架5包括第三液压连接器53和第四液压连接器54,所述冷却流体可以沿着该第三液压连接器53和该第四液压连接器54循环。
优选地,第三液压连接器53包括用于冷却流体的第三通道530和可操作地与所述第三通道相关联以允许或阻止所述冷却流体沿着所述第三通道流动的第三阀装置531。
优选地,第四液压连接器54包括用于冷却流体的第四通道540和可操作地与所述第四通道相关联以允许或防止所述冷却流体沿着所述第三通道流动的第四阀装置541。
液压连接器53、54适于与所述冷却流体的源(未示出)流体动力连通。为此目的,它们以穿过支撑框架5的第二后壁505的方式布置,并且(例如,借助于具有可以拧在液压连接器53、54上的螺纹端的管子)通过已知类型的液压连接装置90与冷却流体的源液压连接。
液压连接器53、54可以是已知类型的。作为示例,它们可以包括合适的成形套筒,以限定相应的通道530、540。方便地,液压连接器53、54的套筒相对于液压连接器11、12的套筒具有互补的几何形状(例如,具有母型(female type)的外部几何形状),如所引用的图中所示。
而且,阀装置531、541可以是已知类型的。作为示例,它们可以包括可操作地与合适的弹性装置(例如,如所引用的图中所示的弹簧或柔性舌)相关联的可移动的销或球,或包括所述液压连接器53、54的固定的成形销或固定的套筒部分。
根据本发明,开关单元2可相对于支撑框架5移动,即,在插入位置A(图8)与抽出位置B(图9)之间移动,并且反之亦然。
开关单元2在插入位置A和抽出位置B之间的移动形成了开关单元2的抽出操作,而开关单元2在抽出位置B和插入位置A之间的相反移动形成了开关单元2的插入操作。
开关单元2的抽出操作例如可以旨在实现开关单元2与外部设备或电力母线的流电绝缘,以便提供保护功能和/或其它网络管理功能,或以便执行对开关设备1的维护操作。
开关单元2的插入操作可以例如旨在重新建立开关单元2与外部设备或电力母线的电气连接,以便提供保护功能和/或其它网络管理功能或之后对开关设备1执行维护操作。
在插入位置A和抽出位置B之间(或反之)的任何转变期间,开关单元2执行沿着基本上垂直于支撑框架5的第二后壁505的方向发生的平移移动。优选地,开关单元2的侧壁26、27分别与支撑框架5的侧壁501、502滑动地耦接。为此目的,可以适当地布置包括滚轴、引导边缘500A等的适当的耦接装置,如在所引用的图中部分地示出的。
取决于开关单元2相对于支撑框架5的相对位置,支撑框架5的第二后壁505在其内侧505A处可操作地与开关单元2的第一后壁25在所述第一后壁的外侧25B处耦接或分离。
当开关单元2处于插入位置A时,开关单元2被容纳在由支撑框架5限定的内部容积中,并且开关单元2的后壁单元25B与支撑框架5的第二后壁505可操作地耦接。
当开关单元2处于插入位置A时,开关单元2的第一电力触头21和第二电力触头22以及支撑框架5的第三电力触头51和第四电力触头52以电气连接的方式分别相互耦接,并且电力线电流可以在它们之间流动。
当开关单元2处于插入位置A时,第一液压连接器11和第二液压连接器12以液压连接的方式分别与第三液压连接器53和第四液压连接器54耦接,并且冷却流体可以在它们之间循环。
当开关单元2处于抽出位置B时,开关单元2被定位为从由支撑框架5限定的内部容积离开,并且开关单元2的后壁单元25B与支撑框架5的第二后壁505分离。当开关单元2处于抽出位置B时,开关单元2的电力触头21、22和支撑框架5的电力触头51、52以电气断连的方式分离,并且电力线电流不能在它们之间流动。
当开关单元2处于抽出位置B时,第一液压连接器11和第二液压连接器12与第三液压连接器53和第四液压连接器54以液压断连的方式分离,并且冷却流体不能在它们之间循环。
优选地,开关设备1包括用于在所提及的插入位置A和抽出位置B之间可逆地移动开关单元2的致动装置3。
为了提供用于移动开关单元2的机械能,致动装置3优选地至少包括电动机(未示出),该电动机可以适当地由辅助电源馈电。
优选地,开关单元2也可以手动操作。
优选地,致动装置3包括致动机构(未示出),该致动机构可以由致动工具(未示出,例如,曲柄)手动操作以插入在合适的操纵座311中,该操纵座例如可以由用户在开关单元2的前壁24处访问(图7)。
优选地,开关设备1包括运动传递装置,该运动传递装置被配置为传递用于移动开关单元2的机械能,该机械能是从致动装置3接收的。
所述运动传递装置可以包括滑架(carriage)32和至少运动学链(未示出),该滑架32与开关单元2的第一底壁25和第一侧壁26、27牢固地连接,该运动学链用于将由致动装置3(特别是由上述电动机或致动机构)施加的运动转换为可移动滑架32的平移运动以及因此开关单元2的平移运动。
在本发明的可能的实施例中(未示出),致动装置3可以包括一个或多个致动弹簧(未示出),该一个或多个致动弹簧与开关单元2(即与可移动滑架32)和支撑框架5可操作地相关联。
方便地,在压缩后,所述致动弹簧适于仅在开关单元2的抽出操作期间通过释放在开关单元2的插入操作期间存储的弹性能量来移动开关单元2。
优选地,开关设备1包括控制装置(未示出),该控制装置被配置为控制开关设备的操作。
优选地,所述控制装置包括一个或多个数字处理设备(未示出),例如,微控制器。
优选地,所述控制装置包括控制致动装置3的控制模块,以及在开关单元2上板载或相对于开关单元2在远程位置定位的另一个控制单元,该控制模块可以出于节省空间的目的而被定位在支撑框架5的侧壁503、504之一上。
优选地,上述控制装置由辅助电源(未示出)馈电。
在下文中,将参考所引用的图(图8-图13)中所示的本发明的实施例更详细地描述在开关单元2的插入操作或抽出操作期间第一液压连接器和第二液压连接器11-12的操作和第三耦接连接器和第四耦接连接器53-54的操作。
当所述开关单元2到达或处于插入位置A时,第一液压连接器11和第二液压连接器12分别与第三液压连接器53和第四液压连接器54耦接(图8、图10)。
在这种情况下,由于液压连接器11、12、53、54的阀装置111、121、531、541的相互耦接和相互作用,实现了冷却流体在冷却流体的源和液压回路10之间(并且反之亦然)的自由循环。
特别地,当所述开关单元2到达或处于插入位置A时:
-第一液压连接器11的第一阀装置111和第三液压连接器53的第三阀装置531以使第一液压连接器11的第一通道110和第三液压连接器53的第三通道530空出的方式相互耦接和相互作用。以这种方式,冷却流体可以沿着第一通道110和第三通道530自由流动;
-第二液压连接器12的第二阀装置121和第四液压连接器54的第四阀装置541以使第二液压连接器12的第二通道120和第四液压连接器54的第四通道540空出的方式相互耦接和相互作用。以这种方式,冷却流体可以沿着第二通道120和第四通道540自由流动。
当所述开关单元2离开插入位置A朝向抽出位置B移动时,第一液压连接器11和第二液压连接器12分别与第三液压连接器53和第四液压连接器54解耦(图11-图13)。
在这种情况下,必须防止冷却流体从液压连接器11、12、53、54溢出。
优选地,当开关单元2距离插入位置A已经过至少预定义距离D时,通过阀装置111、121、531、541自身防止了冷却流体从液压连接器11、12、53、54溢出。
特别地,当开关单元2在朝向抽出位置B移动期间(图12-图13)距离插入位置A已经过至少预定义距离D(图11)时:
-第一阀装置111与第三阀装置531解耦,并阻塞第一液压连接器11的第一通道110。以这种方式,防止了冷却流体从第一液压连接器11溢出。
-第二阀装置121与第四阀装置541解耦,并阻塞第二液压连接器12的第二通道120。以这种方式,防止了冷却流体从第二液压连接器12溢出。
-第三阀装置531与第一阀装置111解耦,并阻塞第三液压连接器53的第三通道530。以这种方式,防止了冷却流体从第三液压连接器53溢出。
-第四阀装置541与第二阀装置121解耦,并阻塞第四液压连接器54的第四通道540。以这种方式,防止了冷却流体从第四液压连接器54溢出。
方便的是,预定义距离D可以是若干毫米(mm),例如,在大约10-20毫米之间的范围。
显然,当所述开关单元2处于抽出位置B时(图9、图13):
-第一阀装置111与第三阀装置531解耦,并阻塞第一液压连接器11的第一通道110。以这种方式,防止了冷却流体从第一液压连接器11溢出。
-第二阀装置121与第四阀装置541解耦,并阻塞第二液压连接器12的第二通道120。以这种方式,防止了冷却流体从第二液压连接器12溢出。
-第三阀装置531与第一阀装置111解耦,并阻塞第三液压连接器53的第三通道530。以这种方式,防止了冷却流体从第三液压连接器53溢出。
-第四阀装置541与第二阀装置121解耦,并阻塞第四液压连接器54的第四通道540。以这种方式,防止了冷却流体从第四液压连接器54溢出。
优选地,当开关单元2距离插入位置A尚未经过预定义距离D时,通过液压连接器11、12、53、54的一个或多个垫圈(gasket)装置535、545防止冷却流体从液压连接器11、12、53、54溢出(图11)。
优选地,第一液压连接器11和第三液压连接器53中的至少一个包括第一垫圈装置535,该第一垫圈装置535适于在朝向所述抽出位置B移动期间,当开关单元2尚未经过预定义距离D时,防止冷却流体从第一液压连接器11和第三液压连接器53溢出。
实际上,当开关单元2尚未经过预定义距离D时,对应的第一阀装置111和第三阀装置531彼此解耦,但是它们尚未完成对应液压连接器11和53的通道110、530的阻塞。
优选地,第一垫圈装置535由布置在第三液压连接器53中的O形环形成。
但是,根据本发明的不同实施例(未示出),上述第一垫圈装置可以是不同类型的,或者可以被包括在第一液压连接器11中或液压连接器11、53中的每一个中。
优选地,第二液压连接器12和第四液压连接器54中的至少一个包括第二垫圈装置(未示出),该第二垫圈装置适于在朝向所述抽出位置(B)移动期间,当开关单元2尚未经过预定义距离D时,防止冷却流体从第二连接器12和第四液压连接器54溢出。
实际上,当开关单元2尚未经过预定义距离D时,对应的第二阀装置121和第四阀装置541彼此解耦,但是它们尚未完成对应液压连接器12和53的通道120、540的阻塞。
优选地,第二垫圈装置由布置在第四液压连接器54中的O形环形成。
但是,根据本发明的不同实施例(未示出),上述第二垫圈装置可以是不同类型的,或者可以被包括在第二液压连接器12中或液压连接器12、54中的每一个中。
在下文中,出于示例性目的,更详细地描述了第一液压连接器11和第三耦接连接器53的耦接和解耦(图10-图13)。显然,第二液压连接器12和第四耦接连接器54将以相同方式工作。
图10示出了处于插入位置A的开关单元2。
在这种情况下,第一液压连接器11与第三液压连接器53耦接。第一液压连接器11的第一阀装置111和第三液压连接器53的第三阀装置531以使第一液压连接器11的第一通道110和第三液压连接器53的第三通道530空出的方式相互耦接并相互作用。因此,冷却流体可以沿着第一通道110和第三通道530流动。
图11示出了处于工作位置A1的开关单元2,其中在朝向抽出位置B移动期间,开关单元2距离插入位置A尚未经过预定义距离D。
第一液压连接器11和第三液压连接器53开始彼此解耦。
在这种情况下,第一液压连接器11的第一阀装置111和第三液压连接器53的第三阀装置531相互解耦。但是,它们还不能完全阻塞冷却流体的对应通道110、530。垫圈装置535防止冷却流体从第一液压连接器11和第三液压连接器53溢出。
图12示出了处于另一个操作位置A2的开关单元2,其中在朝向抽出位置B移动期间,开关单元2距离插入位置A已经过预定义距离D。
第一液压连接器11和第三液压连接器53继续彼此解耦。
在这种情况下,第一液压连接器11的第一阀装置111和第三液压连接器53的第三阀装置531相互解耦。此外,它们已经完成了对冷却流体的对应通道110、530的阻塞,从而防止了冷却流体从第一液压连接器11和第三液压连接器53溢出。
图13示出了处于抽出位置B的开关单元2。
第一液压连接器11和第三液压连接器13完全彼此解耦。第一液压连接器11的第一阀装置111和第三液压连接器53的第三阀装置531相互解耦,并阻塞冷却流体的对应通道110、530,从而防止冷却流体从第一液压连接器11和第三液压连接器53溢出。
开关设备1可以经受上述可能的变化。
例如,电力触头21、22、51、52、57、58可以相对于所引用的图中所示的实施例不同地配置。
液压连接器11、12、53、54可以相对于所引用的图中所示的实施例不同地配置。
阀装置111、121、531、541可以相对于所引用的图中所示的实施例不同地布置并且不同地操作,以允许或防止冷却流体的流动。
支撑框架5可以包括一个或多个附加的液压连接,以使液压连接器53、54与冷却流体的源流体动力连通。
相对于现有技术的解决方案,本发明的开关设备1具有相关的优点。
在开关设备1中,开关单元2设有液压连接器11、12,该液压连接器11、12以它们可以分别在所述开关单元从抽出位置B相对地平移移动到插入位置A(反之亦然)后自动地与支撑框架5的对应液压连接器53、54耦接或解耦的方式布置。
因此,开关设备1允许以类似方式(即,根据即插即用(plug&play)的方法)通过利用开关单元2从抽出位置B到插入位置B(或反之亦然)的适当的单一移动来管理开关单元2的电连接和液压连接。
实际上,开关单元2的电极与外部电线部分的流电连接或流电绝缘以及开关单元2上板载的液压回路10与冷却流体的源的液压连接或断连通过开关单元2的单一插入或抽出操作来执行,而无需采用附加的专用的电连接和液压连接。
以这种方式,不需要专门人员费时的人工干预,特别是对于布置开关单元2的液压连接。
由于执行集成的电连接/断连功能和液压连接/断连功能的这种能力,开关设备1在使用的简便性、使用的灵活性和操作的可靠性方面具有显著的优点。
开关设备1的特征在于具有相对小尺寸的简化结构,这已被证明在工业水平和在现场的实际安装可以相对容易且低成本地实现。
Claims (13)
1.一种开关设备(1),包括:
-开关单元(2),具有一个或多个电极(2A),并且对于每个电极包括第一电力触头(21)和第二电力触头(22)以及一个或多个固态开关(20),线电流能够沿着所述第一电力触头(21)和所述第二电力触头(22)循环,所述一个或多个固态开关(20)与所述第一电力触头和所述第二电力触头电气连接并且能够在导通状态中或阻断状态中切换,以允许或中断所述线电流的流动;
-支撑框架(5),适于固定到支撑结构,并且对于每个电极包括第三电力触头(51)和第四电力触头(52),所述线电流能够沿着所述第三电力触头(51)和所述第四电力触头(52)循环,
其中,在操作中,所述开关单元(2)能够相对于所述支撑框架(5)在插入位置(A)和抽出位置(B)之间可逆地移动,
其中,当所述开关单元(2)处于所述插入位置(A)时,所述第一电力触头(21)和所述第二电力触头(22)分别与所述第三电力触头(51)和所述第四电力触头(52)耦接,
其中,当所述开关单元(2)处于所述抽出位置(B)时,所述第一电力触头(21)和所述第二电力触头(22)分别与所述第三电力触头(51)和所述第四电力触头(52)分离;
其特征在于:
-对于每个电极,所述开关单元(2)至少包括第一液压连接器(11)和第二液压连接器(12),适于去除由所述固态开关(20)产生的热量的冷却流体能够沿着所述第一液压连接器(11)和所述第二液压连接器(12)循环;
-所述支撑框架至少包括第三液压连接器(53)和第四液压连接器(54),所述冷却流体能够沿着所述第三液压连接器(53)和所述第四液压连接器(54)循环;
其中,当所述开关单元(2)处于所述插入位置(A)时,所述第一液压连接器(11)和所述第二液压连接器(12)分别与所述第三液压连接器(53)和所述第四液压连接器(54)耦接,
其中,当所述开关单元(2)处于所述抽出位置(B)时,所述第一液压连接器(11)和所述第二液压连接器(12)分别与所述第三液压连接器(53)和所述第四液压连接器(54)分离。
2.根据权利要求1所述的开关设备,其特征在于,所述第一液压连接器(11)、所述第二液压连接器(12)、所述第三液压连接器(53)和所述第四液压连接器(54)分别包括用于所述冷却流体的第一通道(110)、第二通道(120)、第三通道(530)和第四通道(540),并且分别包括可操作地与所述第一通道、所述第二通道、所述第三通道和所述第四通道相关联的第一阀装置(111)、第二阀装置(121)、第三阀装置(531)和第四阀装置(541),所述第一阀装置、所述第二阀装置、所述第三阀装置和所述第四阀装置适于允许所述冷却流体沿着所述第一通道、所述第二通道、所述第三通道和所述第四通道流动或阻塞所述第一通道、所述第二通道、所述第三通道和所述第四通道。
3.根据权利要求2所述的开关设备,其特征在于:
当所述开关单元(2)到达或处于所述插入位置(A)时,
-所述第一液压连接器(11)的第一阀装置(111)和所述第三液压连接器(53)的第三阀装置(531)相互耦接并相互作用,以允许所述冷却流体沿着所述第一液压连接器(11)的第一通道(110)和所述第三液压连接器(53)的第三通道(530)流动;
-所述第二液压连接器(12)的第二阀装置(121)和所述第四液压连接器(54)的第四阀装置(541)相互耦接并相互作用,以允许所述冷却流体沿着所述第二液压连接器(12)的第二通道(120)和所述第四液压连接器(54)的第四通道(540)流动。
4.根据权利要求3所述的开关设备,其特征在于,
当所述开关单元(2)远离所述插入位置(A)朝向所述抽出位置(B)移动时,
-所述第一阀装置和所述第三阀装置(111,531)相互解耦;
-所述第二阀装置和所述第四阀装置(121,541)相互解耦。
5.根据权利要求3和4所述的开关设备,其特征在于:
当所述开关单元(2)在朝向所述抽出位置(B)移动期间距离所述插入位置(A)已经过至少预定义距离(D)时,或者当所述开关单元(2)处于所述抽出位置时(B)时,
-所述第一阀装置(111)与所述第三阀装置(531)解耦,并阻塞所述第一液压连接器(11)的所述第一通道(110)。
-所述第二阀装置(121)与所述第四阀装置(541)解耦,并阻塞所述第二液压连接器(12)的所述第二通道(120)。
-所述第三阀装置(531)与所述第一阀装置(111)解耦,并阻塞所述第三液压连接器(53)的所述第三通道(530)。
-所述第四阀装置(541)与所述第二阀装置(121)解耦,并阻塞所述第四液压连接器(54)的所述第四通道(540)。
6.根据权利要求5所述的开关设备,其特征在于,所述第一液压连接器和所述第三液压连接器(11,53)中的至少一个包括第一垫圈装置(535),用以当所述第一阀装置和所述第三阀装置(111,531)彼此解耦以及所述开关单元(2)在朝向所述抽出位置(B)移动期间距离所述插入位置(A)尚未经过所述预定义距离(D)时,防止所述冷却流体的溢出。
7.根据权利要求5或6所述的开关设备,其特征在于,所述第二液压连接器和所述第四液压连接器(12,54)中的至少一个包括第二垫圈装置(545),用以当所述第二阀装置和所述第四阀装置(121,541)彼此解耦以及所述开关单元(2)在朝向所述抽出位置(B)移动期间距离所述插入位置(A)尚未经过所述预定义距离(D)时,防止所述冷却流体的溢出。
8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关设备,其特征在于,当所述开关单元(2)处于所述插入位置(A)时,所述第一电力触头和所述第二电力触头(21,22)布置在所述开关单元(2)的第一后壁(25)的外侧(25B),并且所述第三电力触头和所述第四电力触头(51,52)布置在所述支撑框架(5)的第二后壁(505)的内侧(505A),所述第一后壁和所述第二后壁彼此可操作地耦接。
9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关设备,其特征在于,当所述开关单元(2)处于所述插入位置(A)时,所述第一液压连接器和所述第二液压连接器(11,12)布置在所述开关单元(2)的第一后壁(25)的外侧(25B),并且所述第三液压连接器和所述第四液压连接器(53,54)布置在所述支撑框架(5)的第二后壁(505)的内侧(505A),所述第一后壁和所述第二后壁彼此可操作地耦接。
10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关设备,其特征在于,对于每个电极,所述支撑框架(5)包括第五电力触头(57)和第六电力触头(58),所述线电流能够沿着所述第五电力触头(57)和所述第六电力触头(58)循环,所述第五电力触头和所述第六电力触头分别与所述第三电力触头和所述第四电力触头(51,52)电气连接,并且在操作中分别与第一电线部分和第二电线部分电气连接。
11.根据权利要求9所述的开关设备,其特征在于,所述第五电力触头和所述第六电力触头(57,58)布置在所述支撑框架(5)的第二后壁(505)的外侧(505B)。
12.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关设备,其特征在于,所述第三液压连接器(53)和所述第四液压连接器(54)在操作中与所述冷却流体的流体源流体动力连通。
13.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关设备,其特征在于,所述开关单元(2)包括与所述第一液压连接器和所述第二液压连接器(11,12)流体动力连通的中间液压回路段(13),所述中间液压回路段(13)包括彼此流体连通的一个或多个热交换部分(14),每个热交换部分包括用于从对应的固态开关(20)吸收热量的一个或多个热交换表面。
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