CN112490065B - 一种开关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关。该开关包括：开关组件，用于在电路正常工作或发生故障时执行该电路的分闸动作和合闸动作；驱动机构，包含一个或多个驱动线圈，用于驱动该开关组件的动作；以及控制电路。本发明的开关中的控制电路根据电路不同运行工况，控制流经驱动机构的驱动线圈的电流及其变化率，使得开关组件以最合适速度执行电路的分闸动作和合闸动作(分合闸动作)，即，实现快速分合闸动作与常速分合闸动作的结合。由于快速分合闸动作的数量减少，因此上述疲劳损坏的概率降低，从而保证开关使用寿命及安全性。

Description

一种开关
技术领域
本发明涉及电力领域，具体涉及一种开关。
背景技术
随着我国工业化、城镇化快速发展，在较长时期内电力需求将持续增长。电网发展任务繁重，智能配电网的发展显得更加迫切。研发新一代高可靠性、智能快速断路器(或者称为开关)可为智能配电网供电的安全性和可靠性提供强有力的技术保障。
传统上，为了保障电网安全，切除故障电路，通常采用断路器来断开故障电路。但是，这样分闸速度慢，在电弧故障发生后30ms-40ms内切除故障电路，无法及时保护开关设备和人身安全。
近年来，快速断路器还采用电磁斥力机构进行驱动。电磁斥力机构的结构简单、动作迅速并且方便实现电子控制，能够很好满足分闸速度要求。但是，电磁斥力机构的分合闸运动速度快，冲击力大，降低了快速断路器使用寿命及安全性。
发明内容
本发明旨在提供一种开关，能够解决相关技术中快速开关使用寿命及安全性降低的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种开关，包括：开关组件，用于在电路正常工作或发生故障时执行所述电路的分闸动作和合闸动作；驱动机构，包含一个或多个驱动线圈，用于驱动所述开关组件的动作；以及控制电路，包括：多个快速储能元件及其相应的多个快速控制开关，其中每个快速储能元件和每个快速控制开关均与所述多个驱动线圈中的一个驱动线圈串联，所述多个快速控制开关在所述电路发生故障时控制所述多个快速储能元件同时对所述多个驱动线圈进行放电，以控制流经所述多个驱动线圈的电流及其变化率；常速储能元件和常速控制开关，其中所述常速储能元件和所述常速控制开关与所述多个驱动线圈串联，所述常速控制开关在所述电路正常工作时控制所述常速储能元件对所述多个驱动线圈进行放电，以控制流经所述多个驱动线圈的电流及其变化率；其中在所述电路发生故障时的所述电流及其变化率大于在所述电路正常工作时的所述电流及其变化率。
优选地，所述多个驱动线圈包括串联的第一线圈L1、第二线圈L2和第三线圈L3；所述多个快速储能元件包括第一储能元件C1和第二储能元件C2，所述多个快速控制开关包括第一控制开关K1和第二控制开关K2，其中所述第一储能元件C1和所述第一控制开关K1与所述第一线圈L1串联，并且所述第二储能元件C2和所述第二控制开关K2与所述第二线圈L2串联；所述常速储能元件为第四储能元件C4，所述常速控制开关为第四控制开关K4，所述第四储能元件C4和所述第四控制开关K4与所述第一线圈L1、所述第二线圈L2和所述第三线圈L3串联。
优选地，所述多个驱动线圈包括串联的第一线圈L1、第二线圈L2和第三线圈L3；所述多个快速储能元件包括第一储能元件C1、第二储能元件C2和第三储能元件C3，所述多个快速控制开关包括第一控制开关K1、第二控制开关K2和第三控制开关K3，其中所述第一储能元件C1和所述第一控制开关K1与所述第一线圈L1串联，所述第二储能元件C2和所述第二控制开关K2与所述第二线圈L2串联，并且所述第三储能元件C3和所述第三控制开关K3与所述第三线圈L3串联；所述常速储能元件为第四储能元件C4，所述常速控制开关为第四控制开关K4，所述第四储能元件C4和所述第四控制开关K4与所述第一线圈L1、所述第二线圈L2和所述第三线圈L3串联。
优选地，所述多个驱动线圈包括串联的第一线圈L1、第二线圈L2和第三线圈L3；所述多个快速储能元件包括第一储能元件C1、第二储能元件C2和第三储能元件C3，所述多个快速控制开关包括第一控制开关K1、第二控制开关K2和第三控制开关K3，其中所述第一储能元件C1和所述第一控制开关K1与所述第一线圈L1串联，所述第二储能元件C2和所述第二控制开关K2与所述第二线圈L2串联，并且所述第三储能元件C3和所述第三控制开关K3与所述第三线圈L3串联；所述常速储能元件为第四储能元件C4和第五储能元件C5，所述常速控制开关为第四控制开关K4和第五控制开关K5，所述第四储能元件C4和所述第四控制开关K4与所述第一线圈L1、所述第二线圈L2和所述第三线圈L3串联，所述第五储能元件C5和所述第五控制开关K5与所述第一线圈L1、所述第二线圈L2和所述第三线圈L3中的一个或多个串联。
优选地，所述第一储能元件C1、所述第二储能元件C2和所述第三储能元件C3的储能值均大于或等于所述第四储能元件C4和所述第五储能元件C5，并且所述第四储能元件C4的储能值为所述第五储能元件C5的储能值的1.5倍。
优选地，所述第一线圈L1、所述第二线圈L2和所述第三线圈L3用于三相开关。
优选地，所述驱动机构包括以下至少之一：斥力机构、电磁机构、弹性机构。
优选地，所述驱动机构的分合闸状态的保持方式包括以下至少之一：磁性保持方式、弹性元件保持方式、机构闭锁保持方式。
优选地，所述控制电路包括以下至少之一：可控硅、绝缘栅双极型晶体管IGBT、继电器、电磁开关。
优选地，所述快速储能元件和所述常速储能元件均包括以下至少之一：电容器、电池。
本发明实施例中，开关中的控制电路根据电路不同运行工况，控制流经驱动机构的驱动线圈的电流及其变化率，使得开关组件以最合适速度执行电路的分闸动作和合闸动作(分合闸动作)，即，实现快速分合闸动作与常速分合闸动作的结合。由于快速分合闸动作的数量减少，因此疲劳损坏的概率降低，从而保证开关使用寿命及安全性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明实施例的开关的示意图；
图2是根据本发明实施例的控制电路的示意图一；
图3是根据本发明实施例的控制电路的示意图二；以及
图4是根据本发明实施例的控制电路的示意图三。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施例提供了一种开关。图1是根据本发明实施例的开关的示意图，如图1所示，包括：开关组件1，用于在电路正常工作或发生故障时执行该电路的分闸动作和合闸动作；驱动机构2，包含一个或多个驱动线圈，用于驱动该开关组件1的动作；以及控制电路3，包括：多个快速储能元件及其相应的多个快速控制开关，其中每个快速储能元件和每个快速控制开关均与多个驱动线圈中的一个驱动线圈串联，多个快速控制开关在该电路发生故障时控制多个快速储能元件同时对多个驱动线圈进行放电，以控制流经多个驱动线圈的电流及其变化率；常速储能元件和常速控制开关，其中该常速储能元件和该常速控制开关与多个驱动线圈串联，该常速控制开关在该电路正常工作时控制该常速储能元件对多个驱动线圈进行放电，以控制流经多个驱动线圈的电流及其变化率，其中在该电路发生故障时流经该一个或多个驱动线圈的电流及其变化率大于在该电路正常工作时流经该一个或多个驱动线圈的电流及其变化率。
相关技术中，快速开关的电磁斥力机构的分合闸运动强度较大，从而造成长时间使用时的疲劳损坏，降低快速开关使用寿命及安全性。本发明实施例中，控制电路3根据电路不同运行工况，控制流经驱动机构2的驱动线圈的电流及其变化率，使得开关组件1以最合适速度执行电路的分闸动作和合闸动作(分合闸动作)，即，实现快速分合闸动作与常速分合闸动作的结合。由于快速分合闸动作的数量减少，因此上述疲劳损坏的概率降低，从而保证开关使用寿命及安全性。
在本实施例中，开关组件1包含真空灭弧室(示出为阴影)、静触头11和动触头12。该动触头12与驱动机构2连接，用于在驱动机构2的驱动下，与静触头11实现断开或接触，从而实现电路的分闸动作和合闸动作。
在本实施例中，驱动机构2可以为斥力机构、电磁机构、弹性机构中的一种或多种。
在本实施例中，分合闸状态的保持方式可以为磁性保持、弹性元件保持、机构闭锁保持中的一种或多种。
在本实施例中，控制开关3可以为可控硅、IGBT、继电器、电磁开关中的一种或多种。
下面结合附图对本发明上述实施例的实现过程进行详细描述。其中，为了清楚区分快速分合闸动作和常速分合闸动作，将附图标记定义如下。
(1)将用于快速分合闸动作的快速储能元件标记为C1、C2和C3。
(2)将用于常速分合闸动作的常速储能元件标记为C4和C5。
(3)将用于快速分合闸动作的快速控制开关标记为K1、K2和K3。
(4)将用于常速分合闸动作的常速控制开关标记为K4和K5。
实例1
本实例1涉及将储能元件对串联的三相线圈放电。具体而言，用于快速分合闸动作的两个快速储能元件与三相线圈中的两个线圈分别连接，用于常速分合闸动作的一个常速储能元件与该三相线圈整体连接。
图2是根据本发明实施例的控制电路的示意图一。如图2所示，多个驱动线圈包括串联的第一线圈L1、第二线圈L2和第三线圈L3；多个快速储能元件包括第一储能元件C1和第二储能元件C2，多个快速控制开关包括第一控制开关K1和第二控制开关K2，其中该第一储能元件C1和该第一控制开关K1与该第一线圈L1串联，并且该第二储能元件C2和该第二控制开关K2与该第二线圈L2串联；该常速储能元件为第四储能元件C4，该常速控制开关为第四控制开关K4，该第四储能元件C4和该第四控制开关K4与该第一线圈L1、第二线圈L2和该第三线圈L3串联。
在本实例1中，当电路发生故障从而需要快速分合闸动作时，将第一储能元件C1和第二储能元件C2同时对驱动机构2的第一线圈L1和第二线圈L2进行放电，输入尽可能大的电流或者提供尽可能大的电流变化率，从而驱动开关组件1执行电路的快速分合闸动作。当电路正常工作从而可以采用常速分合闸动作时，将第四储能元件C4对驱动机构2的第一线圈L1、第二线圈L2和第三线圈L3进行放电，向该驱动线圈输入较小的电流或者提供较小的电流变化率，该电流小于快速分合闸动作所需要的电流及其变化率，从而驱动开关组件1执行电路的常速分合闸动作。
在本实例1中，第一储能元件C1、第二储能元件C2、第三储能元件C3和第四储能元件C4的储能值优选地满足以下数量关系：a：第一储能元件C1、第二储能元件C2和第三储能元件C3的储能值相等，以保证快速分闸的同期性；b：第一储能元件C1、第二储能元件C2和第三储能元件C3的储能值均大于或等于第四储能元件C4的储能值，以提高快速分闸的速度。其中，储能元件的储能值为CU2/2，C为储能元件的电容值，U为储能元件的电压值。
实例2
本实例2涉及将储能元件对串联的三相线圈放电。具体而言，用于快速分合闸动作的三个快速储能元件与三相线圈分别连接，用于常速分合闸动作的一个常速储能元件与该三相线圈整体连接。
图3是根据本发明实施例的控制电路的示意图二。如图3所示，多个驱动线圈包括串联的第一线圈L1、第二线圈L2和第三线圈L3，多个快速储能元件包括第一储能元件C1、第二储能元件C2和第三储能元件C3，多个快速控制开关包括第一控制开关K1、第二控制开关K2和第三控制开关K3，其中该第一储能元件C1和该第一控制开关K1与该第一线圈L1串联，该第二储能元件C2和该第二控制开关K2与该第二线圈L2串联，并且该第三储能元件C3和该第三控制开关K3与该第三线圈L3串联；该常速储能元件为第四储能元件C4，常速控制开关为第四控制开关K4，该第四储能元件C4和该第四控制开关K4与该第一线圈L1、该第二线圈L2和该第三线圈L3串联。
在本实例2中，当电路发生故障从而需要快速分合闸动作时，将第一储能元件C1、第二储能元件C2和第三储能元件C3同时对驱动机构2的第一线圈L1、第二线圈L2和第三线圈L3进行放电，输入尽可能大的电流或者提供尽可能大的电流变化率，从而驱动开关组件1执行电路的快速分合闸动作。当电路正常工作从而可以采用常速分合闸动作时，将第四储能元件C4对驱动机构2的第一线圈L1、第二线圈L2和第三线圈L3进行放电，向该驱动线圈输入较小的电流或者提供较小的电流变化率，该电流小于快速分合闸动作所需要的电流及其变化率，从而驱动开关组件1执行电路的常速分合闸动作。
在本实例2中，第一储能元件C1、第二储能元件C2、第三储能元件C3、第四储能元件C4和第五储能元件C5的储能值优选地满足以下数量关系：a：第一储能元件C1、第二储能元件C2和第三储能元件C3的储能值相等，以保证快速分闸的同期性；b：第一储能元件C1、第二储能元件C2和第三储能元件C3的储能值均大于或等于第四储能元件C4和第五储能元件C5的储能值，以提高快速分闸的速度。其中，储能元件的储能值为CU2/2，C为储能元件的电容值，U为储能元件的电压值。
实例3
本实例3涉及将储能元件对串联的三相线圈放电。具体而言，用于快速分合闸动作的三个快速储能元件与三相线圈分别连接，用于常速分合闸动作的两个常速储能元件与该三相线圈整体连接。
图4是根据本发明实施例的控制电路的示意图三。如图4所示，多个驱动线圈包括串联的第一线圈L1、第二线圈L2和第三线圈L3，多个快速储能元件包括第一储能元件C1、第二储能元件C2和第三储能元件C3，多个快速控制开关包括第一控制开关K1、第二控制开关K2和第三控制开关K3，其中该第一储能元件C1和该第一控制开关K1与该第一线圈L1串联，该第二储能元件C2和该第二控制开关K2与该第二线圈L2串联，并且该第三储能元件C3和该第三控制开关K3与该第三线圈L3串联；该常速储能元件为第四储能元件C4和第五储能元件C5，所述常速储能元件为第四储能元件C4和第五储能元件C5，该常速控制开关为第四控制开关K4和第五控制开关K5，该第四储能元件C4和该第四控制开关K4与该第一线圈L1、该第二线圈L2和该第三线圈L3中的一个或多个线圈串联，该第五储能元件C5和该第五控制开关K5与该第一线圈L1、该第二线圈L2和该第三线圈L3中的其余线圈串联。
在本实例3中，当电路发生故障从而需要快速分合闸动作时，将第一储能元件C1、第二储能元件C2和第三储能元件C3同时对驱动机构2的第一线圈L1、第二线圈L2和第三线圈L3进行放电，输入尽可能大的电流或者提供尽可能大的电流变化率，从而驱动开关组件1执行电路的快速分合闸动作。当电路正常工作从而可以采用常速分合闸动作时，将第四储能元件C4和/或第五储能元件C5对驱动机构2的第一线圈L1、第二线圈L2和第三线圈L3中的一个或多个进行放电，向该驱动线圈输入较小的电流或者提供较小的电流变化率，该电流小于快速分合闸动作所需要的电流及其变化率，从而驱动开关组件1执行电路的常速分合闸动作。
在本实例3中，第一储能元件C1、第二储能元件C2、第三储能元件C3、第四储能元件C4和第五储能元件C5的储能值优选地满足以下数量关系：a：第一储能元件C1、第二储能元件C2和第三储能元件C3的储能值相等，以保证快速分闸的同期性；b：第四储能元件C4的储能值为第五储能元件C5的储能值的1.5倍，以保证常速分闸的同期性；c：第一储能元件C1、第二储能元件C2和第三储能元件C3的储能值均大于或等于第四储能元件C4和第五储能元件C5的储能值，以提高快速分闸的速度。其中，储能元件的储能值为CU2/2，C为储能元件的电容值，U为储能元件的电压值。
综上所述，根据本发明的上述实施例，提供了一种开关。该开关包括：开关组件，用于在电路正常工作或发生故障时执行该电路的分闸动作和合闸动作；驱动机构，包含一个或多个驱动线圈，用于驱动该开关组件的动作；以及控制电路，包括：多个快速储能元件及其相应的多个快速控制开关，其中每个快速储能元件和每个快速控制开关均与多个驱动线圈中的一个驱动线圈串联，多个快速控制开关在该电路发生故障时控制多个快速储能元件同时对多个驱动线圈进行放电，以控制流经多个驱动线圈的电流及其变化率；常速储能元件和常速控制开关，其中该常速储能元件和该常速控制开关与多个驱动线圈串联，该常速控制开关在该电路正常工作时控制该常速储能元件对多个驱动线圈进行放电，以控制流经多个驱动线圈的电流及其变化率，其中在该电路发生故障时流经该一个或多个驱动线圈的电流及其变化率大于在该电路正常工作时流经该一个或多个驱动线圈的电流及其变化率。本发明的开关中的控制电路3根据电路不同运行工况，控制流经驱动机构2的驱动线圈的电流及其变化率，使得开关组件1以最合适速度执行电路的分闸动作和合闸动作(分合闸动作)，即，实现快速分合闸动作与常速分合闸动作的结合。由于快速分合闸动作的数量减少，因此上述疲劳损坏的概率降低，从而保证开关使用寿命及安全性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种开关，其特征在于，包括：
开关组件，用于在电路正常工作或发生故障时执行所述电路的分闸动作和合闸动作；
驱动机构，包含串联的第一线圈（L1）、第二线圈（L2）和第三线圈（L3），用于驱动所述开关组件的动作；以及
控制电路，包括：
多个快速储能元件及其相应的多个快速控制开关，其中，所述多个快速储能元件包括第一储能元件（C1）、第二储能元件（C2）和第三储能元件（C3），所述多个快速控制开关包括第一控制开关（K1）、第二控制开关（K2）和第三控制开关（K3），其中所述第一储能元件（C1）、所述第一控制开关（K1）与所述第一线圈（L1）串联，所述第二储能元件（C2）、所述第二控制开关（K2）与所述第二线圈（L2）串联，并且所述第三储能元件（C3）、所述第三控制开关（K3）与所述第三线圈（L3）串联，其中所述多个快速控制开关在所述电路发生故障时控制所述多个快速储能元件同时对所述驱动机构的第一线圈（L1）、第二线圈（L2）和第三线圈（L3）进行放电，以控制流经所述第一线圈（L1）、所述第二线圈（L2）和所述第三线圈（L3）的电流及其变化率，实现快速的分闸动作和合闸动作；
常速储能元件和常速控制开关，其中，所述常速储能元件为第四储能元件（C4），所述常速控制开关为第四控制开关（K4），所述第四储能元件（C4）、所述第四控制开关（K4）与所述第一线圈（L1）、所述第二线圈（L2）、所述第三线圈（L3）串联，其中所述常速控制开关在所述电路正常工作时控制所述常速储能元件，对所述驱动机构的第一线圈（L1）、第二线圈（L2）和第三线圈（L3）进行放电，以控制流经所述第一线圈（L1）、所述第二线圈（L2）和所述第三线圈（L3）的电流及其变化率，实现常速的分闸动作和合闸动作；
其中在所述电路发生故障时的所述电流及其变化率大于在所述电路正常工作时的所述电流及其变化率。
2.一种开关，其特征在于，包括：
开关组件，用于在电路正常工作或发生故障时执行所述电路的分闸动作和合闸动作；
驱动机构，包含串联的第一线圈（L1）、第二线圈（L2）和第三线圈（L3），用于驱动所述开关组件的动作；以及
控制电路，包括：
多个快速储能元件及其相应的多个快速控制开关，其中，所述多个快速储能元件包括第一储能元件（C1）、第二储能元件（C2）和第三储能元件（C3），所述多个快速控制开关包括第一控制开关（K1）、第二控制开关（K2）和第三控制开关（K3），其中所述第一储能元件（C1）、所述第一控制开关（K1）与所述第一线圈（L1）串联，所述第二储能元件（C2）、所述第二控制开关（K2）与所述第二线圈（L2）串联，并且所述第三储能元件（C3）、所述第三控制开关（K3）与所述第三线圈（L3）串联，其中所述多个快速控制开关在所述电路发生故障时控制所述多个快速储能元件，同时对所述驱动机构的第一线圈（L1）、第二线圈（L2）和第三线圈（L3）进行放电，以控制流经所述第一线圈（L1）、所述第二线圈（L2）和所述第三线圈（L3）的电流及其变化率，实现快速的分闸动作和合闸动作；
常速储能元件和常速控制开关，其中，所述常速储能元件为第四储能元件（C4）和第五储能元件（C5），所述常速控制开关为第四控制开关（K4）和第五控制开关（K5），所述第四储能元件（C4）、所述第四控制开关（K4）与所述第一线圈（L1）、所述第二线圈（L2）、所述第三线圈（L3）中的一个或多个线圈串联，所述第五储能元件（C5）、所述第五控制开关（K5）与所述第一线圈（L1）、所述第二线圈（L2）、所述第三线圈（L3）中的其余线圈串联，其中所述常速控制开关在所述电路正常工作时控制所述常速储能元件，对所述驱动机构的第一线圈（L1）、第二线圈（L2）和第三线圈（L3）中的一个或多个进行放电，以控制流经所述第一线圈（L1）、所述第二线圈（L2）和所述第三线圈（L3）的电流及其变化率，实现常速的分闸动作和合闸动作；
其中在所述电路发生故障时的所述电流及其变化率大于在所述电路正常工作时的所述电流及其变化率。
3.根据权利要求1所述的开关，其特征在于，所述第一储能元件（C1）、所述第二储能元件（C2）和所述第三储能元件（C3）的储能值均大于或等于所述第四储能元件（C4）。
4.根据权利要求2所述的开关，其特征在于，所述第一储能元件（C1）、所述第二储能元件（C2）和所述第三储能元件（C3）的储能值均大于或等于所述第四储能元件（C4）和所述第五储能元件（C5），并且所述第四储能元件（C4）的储能值为所述第五储能元件（C5）的储能值的1.5倍。
5.根据权利要求1或2所述的开关，其特征在于，所述第一线圈（L1）、所述第二线圈（L2）和所述第三线圈（L3）用于三相开关。
6.根据权利要求1或2所述的开关，其特征在于，所述驱动机构包括以下至少之一：斥力机构、电磁机构、弹性机构。
7.根据权利要求1或2所述的开关，其特征在于，所述驱动机构的分合闸状态的保持方式包括以下至少之一：磁性保持方式、弹性元件保持方式、机构闭锁保持方式。
8.根据权利要求1或2所述的开关，其特征在于，所述控制电路包括以下至少之一：可控硅、绝缘栅双极型晶体管IGBT、继电器、电磁开关。
9.根据权利要求1或2所述的开关，其特征在于，所述快速储能元件和所述常速储能元件均包括以下至少之一：电容器、电池。
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