CN112740349A - 短路装置、转换器和短路方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电短路装置(10)，具有：固定的和能移动的接触件(12、14)的，其中，接触件(12、14)在原始位置上彼此间隔开并且在短路位置上彼此导电地连接；用于将能移动的接触件(14)从原始位置转移到短路位置的驱动器(16)和用于触发驱动器(16)的触发装置(18)。在此提出，用于触发的触发装置(18)包括电驱动的执行器(24)。本发明还涉及一种转换器，该转换器具有至少一个这种类型的短路装置(10)。本发明还涉及一种用于使接触件(12、14)短路的相应的方法。

Description

短路装置、转换器和短路方法
技术领域
本发明涉及一种电短路装置，其具有：固定的和能移动的接触件，其中，接触件在原始位置上彼此间隔开并且在短路位置上彼此导电地连接；用于将能移动的接触件从原始位置转移到短路位置的驱动器；以及用于触发驱动器的触发装置。
本发明还涉及一种转换器，尤其是多级转换器，其具有至少一个这样的电短路装置。
本发明还涉及一种用于短路接触件的相应的方法。
背景技术
特别是在配电和输电的范畴中的高压直流输电的情况下，使用多级转换器，该多级转换器由串联连接的功率模块构成。如果功率模块由于故障停止运转，则必须尽快将该功率模块桥接，因为否则整个系统可能会发生故障。功率模块的桥接通过短路装置进行。
短路装置在现有技术中是已知的。文献DE 1 094 864 B描述了一种短路装置，该短路装置具有多个对称地或星形地布置的固定的接触件以及能移动的接触件，能移动的接触件与用于桥接中电压或高电压系统中的干扰电弧的能量存储器连接。为了触发短路装置，在与保持磁体的电枢耦联的销上提供撞击，其中，该电枢受到分离弹簧的作用。当保持磁体去励磁时会触发短路装置。
在DE 10 2007 018 344 A1中同样描述了一种具有类似触发装置的短路装置。触发装置包括：永磁体；与永磁体连接的软磁轭；与处于拉力下的移动接触销连接的电枢；以及电线圈。通过对电线圈进行有针对性的通电会导致永磁体的力减弱，从而使电枢从软磁轭或从永磁体上脱落。
这种触发装置的挑战在于它们可能易受电磁干扰场的影响，这会导致不希望的触发。
考虑到尽可能快速地桥接，通常使用例如在DE 10 2015 203 645 A1中公开的烟火驱动的短路装置。
在烟火驱动的短路装置的情况下，由于烟火驱动而存在的挑战是，对于它们的使用必须考虑到不同国家的进口法规、炸药法和其它法规要求。
发明内容
本发明的目的是提出一种电短路装置、转换器和方法，它们允许尽可能快速和安全地进行短路。特别地，在短路装置中应省去烟火驱动装置，并且短路装置的触发装置应该在没有永磁体的情况下继续工作。
该目的解决方案通过独立权利要求的特征实现。在从属权利要求中给出了有利的设计方案。
根据本发明，提出一种电短路装置，其具有固定的和能移动的接触件，其中，接触件在原始位置上彼此间隔开，并且在短路位置上彼此导电连接；具有用于将能移动的接触件从原始位置转移到短路位置的驱动装置；以及用于触发该驱动器的触发装置。在此提出，触发装置为了触发而包括电驱动的执行器。
因此，根据本发明的电短路装置提出，触发装置的执行器被电驱动。这意味着使用电驱动器来产生执行器的机械运动。这种执行器具有非常快的触发时间。由于在触发单元中未使用永磁体，因此短路装置也不易受到电磁干扰场的影响，从而能够实现可靠的触发。利用根据本发明的电短路装置能够实现t＜2ms的闭合时间t。
这样构造的电短路装置因此特别适合用于中电压和高电压系统中，例如转换器中。
根据本发明的优选设计方案提出，执行器包括固定的定子和可沿移动轴线线性移动的动子，其中，定子包括第一线圈，并且动子为了与第一线圈相互作用而包括第二线圈，定子和动子沿移动轴线布置，两个线圈彼此平行地定向，并且两个线圈至少在其相互作用方面都是能主动通电的空心线圈。为了使电短路装置具有短的闭合时间，如果触发装置特别快，则当然也是有利的。所描述的执行器尤其适合于此。两个线圈能够以互相排斥的方式通电。通电会在每个线圈中产生磁场。由一个线圈的线圈磁场与另一线圈中的电流之间的相互作用产生的交替的洛伦兹力使线圈相互排斥。由于它们是空心线圈，因此没有软磁芯，并且与具有软磁芯的线圈相比，它们的电感相对较小。当线圈中的电流仅缓慢变化并因此在线圈通电的整个时间上变化时，这种执行器的力也有效。通过省去软磁材料，执行器的电感减小，由此，执行器中的电流增大能够更快地发生。快速的电流增大导致快速的力增大。因此，执行器特别适合于能够实现快速触发短路装置。
根据本发明的另一个优选实施方式，触发装置包括用于锁定驱动器的锁定机构，其中，该驱动器能够通过借助于电驱动的执行器释放锁定机构而被触发。这种触发装置的使用能够实现能移动的接触件的特别快的转移。
执行器优选地包括用于释放锁定机构的压力挺杆。在触发时，该压力挺杆释放锁定机构(闭锁装置)。压力挺杆在此传递执行器的力并释放短路装置的锁定机构。优选地，压力挺杆在其运动中被引导为，使得压力挺杆实现受控的运动。锁定机构优选地具有锁定棘爪。该锁定棘爪是锁定机构的实际锁定元件。特别优选地，压力挺杆在此直接作用在锁定机构的锁定棘爪上。
提供有能量存储器，以提供驱动器将能移动的接触件从原始位置移动到短路位置所需要的能量。
原则上，能够使用任何类型的能量存储器，例如化学或电的形式的能量存储器。
特别地提出，驱动器包括用于其能量供应的机械式能量存储器。该机械式能量存储器(例如具有至少一个弹簧、特别是板簧的弹簧装置)具有不使用烟火物质的优点，由此，简化了许可并提高了安全性。此外，机械式能量存储器是耐用的并且鲁棒的。与烟火构件相比，它们能够相对容易地再设置有能量，从而能够重复使用。
弹簧装置被锁定机构预加应力。为了触发，例如能够提出，即使在锁定机构的锁定元件(例如上述锁定棘爪)的相对较低的压力也会导致触发锁定机构并且释放弹簧装置。因此，保证了快速安全地闭合短路装置。
根据本发明的另一优选实施方式，短路装置包括电绝缘护套，该电绝缘护套包住固定的接触件和能移动的接触件。在短路或在接触件之间出现电弧的情况下，通过绝缘壳体能够大大提高安全性。因此，例如能够通过绝缘壳体防止电弧传播。
能移动的接触件优选地在固定的接触件的方向上呈锥形渐缩，并且当达到短路位置时，移动到固定的接触件的形状互补的部段中。由此发生可靠的电气短路。
为了在发生短路之后重新使用，该短路装置优选地包括缩回杆，以便将能移动的接触件从短路位置转移到原始位置并且(再次)为能量存储器提供能量。通过拉缩回杆，能够将能移动的接触件转移到其原始位置。同时，能量存储器再次被设置有能量。在使用弹簧装置作为能量存储器的情况下，至少一个弹簧通过拉回缩杆而从其静止位置偏离并且例如处于其预拉伸状态。
在根据本发明的转换器中提出，转换器具有至少一个上述短路装置。特别地，该转换器是多级转换器。关于这种转换器的优点，参考上述短路装置。
在根据本发明的用于使固定的接触件与能移动的接触件短路的方法中提出，其中，借助于触发装置触发的驱动器将能移动的接触件从接触件彼此间隔开的原始位置转移到接触件相互导电连接的短路位置，短路装置的触发通过触发装置的电驱动的执行器来实现。
该方法通常提出，电驱动的执行器通电，以触发短路装置。执行器的通电导致执行器的能移动的部件实施触发驱动器的运动。由此，能移动的接触件从原始位置转移到短路位置。电动执行器是特别快的并且不易受干扰磁场的影响。通过该方法能够特别快速并且安全地触发短路装置。
结合短路装置描述的所有实施方式也应该相应地结合于用于短路接触件的方法来理解。
附图说明
下面在附图中示意性地示出并且随后描述了本发明的实施例。在此，示出，
图1示出了根据本发明的优选的实施方式的电短路装置的示意图，
图2示出了根据具体的优选实施方式的电短路装置的截面图，以及
图3示出了根据本发明的具体优选实施方式的电短路装置的执行器的截面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的优选实施方式的电短路装置10的示意图。短路装置10是短路开关，其具有固定的接触件12和能移动的接触件14。在原始位置(左侧示出的位置I)中，两个接触件12、14相互隔开。此外，短路装置10具有驱动器16，该驱动器用于将能移动的接触件14从其原始位置转移到(更精确地说推移到)短路位置(在右侧示出的位置II)中，在该位置上，能移动的接触件14与固定的接触件12导电连接。为了触发驱动器16，短路装置10具有可电触发的触发装置18。触发装置18本身包括具有锁定棘爪22的锁定机构20和电驱动的执行器24。
闭合电短路装置10的过程如下：电驱动的执行器24致动锁定机构20的锁定棘爪22，锁定棘爪触发驱动器16。驱动器16将能移动的接触件14从其原始位置(位置I)转移到短路位置(位置II)中，在该短路位置上，能移动的接触件14与固定的接触件12导电连接。
图2示出了根据具体的实施方式的电短路装置10的截面图。在此，尤其能够看到，驱动器16具有用于其能量供应的机械式能量存储器26，该机械式能量存储器在所示的示例中构造为弹簧装置28，更确切地说构造为板簧堆叠。相应的板簧以交替的方向上下堆叠。这样形成的堆叠也能够称为板簧的串联连接。能移动的接触件14处于原始位置(图1中的位置I)中，这意味着板簧处于预拉伸状态。能移动的接触件14与缩回杆30连接。缩回杆30在中心被引导穿过弹簧装置28，并且与锁定机构20作用连接。弹簧装置28的预应力经由缩回杆30连接到锁定机构20，该锁定机构将该预应力保持在原始位置。为此，缩回杆30与中间元件32连接，该中间元件被支撑在弹簧装置28的一侧处并且将弹簧装置保持在预拉伸状态，即将弹簧装置压缩。在触发短路装置10之后，能移动的接触件14处于短路位置(对应于图1中的位置II)中，并且弹簧装置28不再处于预拉伸状态或处于稍微预拉伸状态(未显示)。通过拉动缩回杆30，能移动的接触件14能够再次从短路位置转移到原始位置(如图2所示)中，并且弹簧装置28能够被置于预拉伸状态中。
电驱动的执行器24具有压力挺杆34，该压力挺杆在触发短路装置10时作用在锁定机构20上。在此，压力挺杆34作用在锁定机构20的锁定棘爪22上。在弹簧装置28的预拉伸状态下，锁定棘爪22阻止弹簧装置28离开其预拉伸状态。仅通过将压力挺杆34按压在锁定棘爪22上，锁定机构20才松开并且弹簧装置28被释放。执行器24、锁定机构20、缩回杆30、弹簧装置28以及能移动的接触件14和固定的接触件12全部位于一个轴线上，即执行器24的压力挺杆34的移动轴线36上，该移动轴线此外也与能移动的接触件14和缩回杆30的移动轴线重合。
弹簧装置28被壳体38包围，触发装置18同样集成在壳体38中。在壳体38的上端部具有接触元件40，该接触元件借助于螺栓42固定在壳体38处。接触元件40在中间具有开口，能移动的接触件14位于该开口中。在能移动的接触件的原始位置上，能移动的接触件14以形状配合的方式利用接触元件40闭合。能移动的接触件14在固定的接触件12的方向上圆锥形地渐缩，使得当其到达短路位置时能够移动到固定的接触件12的形状互补的部段中。此外，能移动的接触件12具有接触件突起部44，该接触件突起部大致延伸至缩回杆30的中间元件32。在短路位置上，该接触件突起部44将能移动的接触件14与接触元件40导电连接。固定的接触件12借助于螺栓装置46固定在闭合件48处。闭合件48形成短路装置10的上端部。固定的接触件12通过闭合件48与电绝缘护套50连接。护套50形成短路装置10的侧面的闭合部。固定的接触件12，能移动的接触件14以及触发装置18和驱动器16都被电绝缘护套50包住。壳体38在触发装置的区域中被护套50形状配合地包住。壳体38在下端部处突出超过护套50并径向向外延伸。在壳体38在该延伸部处利用螺栓42固定有环形元件52，该环形元件从外面包围护套50。执行器24固定在其上的壳体底座54集成在壳体38的下部区域中。尽管在此在图2中已经能够看到执行器24的各个部件，但是将仅结合图3对其进行讨论。
图3示出了执行器24的截面图，该执行器是触发装置18的一部分。执行器24具有定子56和动子58。动子58与压力挺杆34连接，该压力挺杆延伸穿过止挡元件60。止挡元件60通过连接元件62与定子56连接。定子56由用于容纳第一线圈68的定子基体64构成。动子58同样由动子基体70和第二线圈72构成。动子基体70具有两个区域74、76。第一区域74用于容纳第二线圈72，并且第二区域76用于加固第一区域74。线圈68、72被设计为扁平线圈，其中，两个线圈组相应地彼此叠置。在动子58的与压力挺杆34相对置的一侧上，动子具有动子突起部78，该压力挺杆利用该动子突起部接合到定子56中的容纳部中。通过压力挺杆34并且也通过动子突起部78引导动子58的运动。
当短路装置10被致动时，产生以下功能：
两个线圈68、72至少在它们彼此的相互作用方面被视为空心线圈。因此，执行器24的作用仅基于洛伦兹力，该洛伦兹力是通过一个线圈68、72的线圈磁场与另一线圈68、72中的电流之间的相互作用交替产生的，并且反之亦然。
为了移动压力挺杆34，线圈68、72被同时主动地激励，使得它们相互排斥。由于具有第一线圈68的定子56相对于执行器24是固定的，因此具有第二线圈72的动子58沿着移动轴线36在止挡元件60的方向上(在图中向上)被推动。与动子58一起，作用为致动元件的压力挺杆34也在该方向上移动。

Claims (10)

1.一种电短路装置(10)，具有：
-固定的接触件的和能移动的接触件(12，14)，其中，所述接触件(12，14)在原始位置上彼此间隔开，并且在短路位置上彼此导电地连接；
-驱动器(16)，用于将所述能移动的接触件(14)从所述原始位置转移到所述短路位置上；以及
-触发装置(18)，用于触发所述驱动器(16)，
其特征在于，
所述触发装置(18)为了触发而包括电驱动的执行器(24)。
2.根据权利要求1所述的短路装置(10)，其特征在于，所述执行器(24)包括固定的定子(56)和能沿着移动轴线(36)线性移动的动子(58)，其中，所述定子(56)包括第一线圈(68)，所述动子(58)为了与所述第一线圈(68)相互作用而包括第二线圈(72)，所述定子(56)和所述动子(58)沿所述移动轴线(36)布置，并且两个线圈(68，72)是至少在两个线圈的相互作用方面能彼此主动通电的空心线圈。
3.根据权利要求1或2所述的短路装置(10)，其特征在于，所述触发装置(18)包括用于锁定所述驱动器(16)的锁定机构(20)，其中，通过借助于电驱动的所述执行器(24)释放所述锁定机构(20)能够触发所述驱动器(16)。
4.根据权利要求3所述的短路装置(10)，其特征在于，所述执行器(24)包括用于释放所述锁定机构(20)的压力挺杆(32)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的短路装置(10)，其特征在于，所述驱动器(16)包括用于所述驱动器的能量供应的机械式能量存储器(26)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的短路装置(10)，其特征在于，设置有电绝缘护套(50)，所述电绝缘护套包住所述固定的接触件和所述能移动的接触件(12，14)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的短路装置(10)，其特征在于，所述能移动的接触件(14)在所述固定的接触件(12)的方向上呈圆锥形渐缩，并且在到达所述短路位置上时移动到所述固定的接触件(12)的形状互补的部段中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的短路装置(10)，其特征在于，设置有缩回杆(28)，所述缩回杆用于将所述能移动的接触件(14)从所述短路位置转移到所述原始位置，同时为所述机械式能量存储器(26)提供能量。
9.一种转换器，特别是具有多个功率模块的多级转换器，其特征在于，设置有至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的短路装置(10)。
10.一种用于将固定的接触件(12)与能移动的接触件(14)短路的方法，其中，借助于触发装置(18)触发的驱动器(16)将所述能移动的接触件(14)从接触件(12，14)彼此间隔开的原始位置转移到接触件(12、14)彼此导电连接的短路位置，其特征在于，通过所述触发装置(18)的电驱动的执行器(24)实现所述短路装置(10)的触发。
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