CN112840428A - 功率开关 - Google Patents

Abstract

一种功率开关，用于能中断地连接至少两个线路段(9)，所述功率开关包括至少一对真空管(5)，所述真空管分别包括位置固定的开关触头(6)和可动开关触头(7)，其中，至少一对真空管(5)的开关触头(6、7)串联地电气连接，其中，所述真空管(5)的可动开关触头(7)与共同的促动器(13)耦连并且通过促动器(13)的运动能够同时切换。

Description

功率开关

本发明涉及一种功率开关，用于能中断地连接至少两个线路段，所述功率开关包括至少一对真空管，所述真空管分别包括位置固定的开关触头和可动开关触头，其中，至少一对真空管的开关触头串联地电气连接。

真空管作为功率开关的使用使得尤其在与壳体相结合时能够实现气候中性的开关设备，该壳体被填充有作为绝缘介质的去湿的空气，因为可以省掉绝缘气体、如六氟化硫。真空管通常水平地或竖直地通过位于下方的运动触头嵌入壳体中。将真空管用作高压和特高压应用的开关元件，可能需要串联多个真空管，以确保功率开关的抗电强度。真空管在功率开关中的使用相对于其他类型的开关、如气体功率开关提供的优点是，真空管基本上无需维护地运行。真空管在功率开关中的应用在现有技术中已知。

在文献DE 10 2015 212 826 A1中提供一种套管，用于穿过壳体的壁导电连接两个导体段。该套管包括真空管，在真空管中导体段相对于真空管的罩壳电绝缘并且通过罩壳也相对于壳体电绝缘。通过切换真空管，两个导体段可以电气分离。

文献DE 10 2016 218 355 A1公开了一种用于电源的电线接头装置，其中，在电线接头内在电线的一个相的电导线的两个电气线路段之间布置有借助驱动单元能切换的断路单元。该断路单元可以设计为具有位置固定的和可动触头的真空管。

本发明所要解决的技术问题是，提供改进的功率开关，其具有至少两个能切换的真空管。

所述技术问题按照本发明规定，所述真空管的可动开关触头与共同的促动器耦连并且通过促动器的运动能同时切换。

按照本发明的解决方案的优点在于，可以省去通过多个单独的驱动单元实现真空管的可动开关触头的切换，这些驱动单元必须为了同时切换至少两个真空管而耗费地同步。真空管的可动开关触头与促动器的耦连例如可以借助相对简单地实现的运动机构实现，从而可以有利地减少功率开关的空间需求和其结构耗费。

真空管对的开关触头在开关触头的闭合状态下串联连接并且两个线路段电气地连接。在真空管的开关触头断开时，可动开关触头与位置固定的开关触头相间隔，使得所述两个线路段不再电气连接。通过两个真空管的同时切换能够实现，通过功率开关接通电压，该电压可以在各个真空管的额定电压以上。由此，例如基于真空管的功率开关也可以用于额定电压U_m＞245kV的开关设备和开关设施。即使在更低的额定电压、例如在U_m≤170kV的额定电压时，与使用单独的更大的管相比，在使用两个真空管时也能实现节省的潜力。附加地也可以通过使用两个真空管提高功率开关的短路分断功率。

真空管的位置固定的开关触头优选分别与能中断地连接的线路段电气连接。当可动开关触头由于促动器的运动使自身运动时并且在真空管的位置固定的开关触头和可动开关触头之间中断物理接触时，可动开关触头切换真空管并且由此切换线路段之间的连接。一对真空管的两个真空管的可动开关触头在此为了构成串联而相互电气连接。这例如可以如此实现，即，可动开关触头分别通过滑动接触与功率开关的导体相连，其中，开关触头至少在真空管的闭合状态下通过导体相互电气连接。以这种方式在闭合的真空管中实现两个通过功率开关能分离地连接的线路段之间的电流流通。

真空管的位置固定的开关触头和可动开关触头至少部分地容纳在被抽真空的罩壳内，其中，尤其是在位置固定的开关触头和可动开关触头之间的接触面在闭合真空管中位于抽真空的罩壳内、也就是在罩壳的真空内。由于接触面布置在真空内，通过真空管并且尤其通过两个真空管的串联可以接通高电压。功率开关例如可以设计用于接通245kV的电压和更高的电压、但也用于更低的电压，例如在10kV至170kV的范围内或者在170kV至245kV的范围内的电压。

按照本发明可以规定，所述可动开关触头通过共同的调节元件与所述促动器耦连。通过使用共同的调节元件，以简单的方式可以实现同时切换开关真空管的可动开关触头。通过促动器的运动，调节元件可以如此运动，从而由于可动开关触头与调节元件之间的耦连也可如此使可动开关触头运动，使得可动开关触头从闭合的位置运动到断开的位置。当然，可行的是，通过促动器的进一步的运动、例如通过沿相反的运动方向的运动也可以使可动开关触头从断开状态运动到闭合状态，从而通过促动器可以实现真空管的和由此功率开关的开关触头的断开以及真空管的和功率开关的开关触头的闭合。

针对调节元件按照本发明可以规定，所述调节元件是转动的轴、尤其曲轴或者能线性移动的调节元件。调节元件作为轴、尤其曲轴或作为能线性移动的调节元件的设计方式使得通过尽可能简单的可实现的机构实施真空管的开关和可动开关触头的运动。此外，通过使用转动的轴、如曲轴或能线性移动的调节元件可以实现可动开关触头的同时的且尤其也快速的运动。

为了将可动开关触头与调节元件的耦连，按照本发明可以规定，所述真空管的可动开关触头分别通过连杆与所述调节元件耦连。在此，每个连杆可以例如通过枢转轴承支承在配属于该枢转轴承的可动开关触头上以及通过另外枢转轴承支承在调节元件上。以这种方式，设计为轴的调节元件的转动或者设计为线性的调节元件的调节元件的线性运动转换为可动开关触头的运动，以便开关真空管。

按照本发明可以规定，所述调节元件和/或连杆由电绝缘的材料、尤其玻璃纤维增强的塑料和/或凯夫拉增强的塑料构成。通过为了调节元件和/或连杆使用绝缘材料可避免在闭合状态下施加在可动开关触头上的电压也施加在运动构件的部件和/或促动器上。

在本发明的优选的实施方式中可以规定，至少一对真空管中的真空管彼此成角度地布置，使得所述可动开关触头指向调节元件并且与所述调节元件耦连，其中，所述调节元件布置在这些真空管之间。在此，这些真空管可以以V型布置方式布置，类似于V型构造的内燃机中的气缸。在此，可动开关触头可以指向下并且与在真空管之间的尤其中央布置的调节元件耦连。这些真空管可以参照调节元件的纵向布置在相同的位置中，或者可以规定，真空管沿调节元件的纵向基本上相对彼此错位，以便简化了可动开关触头在调节元件上的耦连。

此外，按照本发明可以规定，所述功率开关包括三对真空管，其中，每对真空管的开关触头均分别与两个线路段串联地电气连接，并且这些真空管对沿调节元件的纵向彼此间隔，其中，所述调节元件与三对真空管的可动开关触头耦连。以这种方式，通过功率开关也可以同时切换三相系统中的三个分离的相。每对真空管在此各一相配有两个功率开关，使得整体上通过三对真空管可以开关不同的三个相。调节元件在此与所有真空管的可动开关触头耦连，使得三个相或六个真空管通过促动器的运动可以同时切换。通过这些真空管对在调节元件的纵向上相间隔的布置方式，可实现功率开关的节省空间的且通过简单和鲁棒的机构开关的结构。

按照本发明可以规定，所述促动器是电动机。通过电动机例如可以实现调节元件、尤其设计为轴或曲轴的调节元件的转动运动。电动机的转动运动也可以转换为设计为线性调节元件的调节元件的线性运动，或者电动机是线性马达，该线性马达直接可以产生线性调节元件的线性运动。

在本发明的优选的设计方案中可以规定，所述真空管布置在共同的壳体内、尤其接地箱壳式功率开关壳体或瓷柱式功率开关壳体内。在接地箱壳式功率开关壳体情况下，壳体处于地电位。在瓷柱式功率开关壳体情况下，壳体也朝外部绝缘。功率开关的壳体可以被填充绝缘的保护气体、例如去湿的气体，也被称为洁净空气，或者填充其它保护气体、例如六氟化硫。所述壳体保护真空管免受外部影响并且也用于尤其在闭合状态下将导引高压的真空管的开关触头相对于其周围环境被屏蔽。此外，促动器和/或设置用于将可动开关触头与促动器耦连的运动机构也可以容纳在壳体内。促动器也可以位于壳体的外部并且例如用于实施可动开关触头和促动器之间的耦连的运动机构部分地导引穿过壳体。

按照本发明可以规定，所述真空管分别布置在套管内，所述线路段中的一个分别穿过所述套管导入所述壳体内。以这种方式，有利地可以将真空管节省空间地集成在壳体内。尤其在位于地电位的壳体中，真空管也可以用于套管的绝缘，使得功率开关的结构整体上被简化并且可以节省空间地实施。

针对套管按照本发明可以规定，所述套管彼此成角度地布置在所述壳体的壳体外罩中，其中，所述调节元件布置在这些套管之间并且在套管的下方。尤其在彼此成角度地布置的套管情况下，真空管也可以彼此成角度地布置，从而如前所述地即使将真空管集成在套管中也可以实现真空管的V型的布置方式。

由以下所述的实施例并结合附图获得本发明的另外的优点和设计方案。在附图中：

图1示出按照本发明的功率开关的第一实施例的示意图，

图2示出真空管的示意图，

图3示出按照本发明的功率开关的运动机构的第一实施例的示意图，

图4示出按照本发明的功率开关的运动机构的第二实施例的示意图，以及

图5示出按照本发明的功率开关的第二实施例的示意图。

在图1中示出按照本发明的功率开关1的第一实施例的示意图。按照本发明的功率开关1包括壳体2，其中，在壳体2的壳体外罩3中彼此成角度地布置有两个套管4。在这些套管4的每一个中分别布置有一对真空管5中的一个真空管5。所述真空管5分别包括位置固定的开关触头6以及可动开关触头7，其中，位置固定的开关触头6通过电气连接件8与线路段9相连。以下参照图2详细地阐述真空管5的结构。

这对真空管5用于两个线路段9的能中断的连接。为此，两个可动开关触头7分别通过滑动触点与导体10电气连接，从而至少在真空管5的闭合状态或导通状态下，真空管5的可动开关触头7相互电气连接。在开关触头6、7闭合时、也就是在功率开关1闭合时，线路段9相互电气连接。

可动开关触头7通过包括调节元件12的运动机构11与促动器13相连。通过促动器13的运动，这些真空管5的可动开关触头7同时被切换。通过促动器13的运动来移动可动开关触头7，由此使闭合的开关触头6、7、也就是导电的真空管5同时从闭合位置切换到断开位置。反之，也可以通过促动器13的另外的运动，尤其沿相反的运动方向，使可动开关触头7从断开位置、也就是从关断位置置入闭合位置。以这种方式，可以中断线路段9之间的连接或者重新连接被中断的连接。

通过将真空管5集成在壳体2的套管4内，可以将真空管5节省空间地布置在壳体2内。此外，可以实现真空管5的彼此成角度的布置方式，也就是真空管的V型的布置方式，通过调节元件12和促动器13简单地实现真空管5的同时切换。

所述壳体2可以例如是接地箱壳式功率开关壳体，其处于接地电位上。备选地，所述壳体2也可以是瓷柱式功率开关壳体，其朝外部绝缘。在所示的实施例中壳体2是接地箱壳式功率开关壳体，其中，壳体2的线路段9在示意性示出的陶瓷绝缘体14旁也通过真空管5被绝缘。壳体2的内部15可以为了绝缘还被填充有绝缘气体、例如去湿的空气或六氟化硫。

在图2中示出真空管5的剖视示意图。真空管5包括气密的罩壳16，所述罩壳由绝缘材料构成并且其内部15被抽真空。位置固定的开关触头6和可动开关触头7均被导入罩壳16的内部15中。为了在罩壳16的内部15在可动开关触头7的区域内真空密封，设有由气密材料构成的伸缩管17。通过可动开关触头7的运动、如通过箭头18所示地，可以在位置固定的开关触头6与可动开关触头7之间建立或中断电气连接。如果可动开关触头7朝位置固定的开关触头6运动，则位置固定的开关触头6和可动开关触头7的接触段19相接触，因此开关触头6、7闭合并且在位置固定的开关触头6和可动开关触头7之间形成导电的连接。反之，在接触段19处于接触时，通过使可动开关触头7移离位置固定的开关触头6可以中断开关触头6与可动开关触头7之间的电气连接。接触段19的区域部分地被由导电材料构成的护板20围绕，所述护板用于使形成在罩壳16的内部15中的电场成形以及用于限制在开关过程中蒸发的开关触头6、7的金属材料的扩散。

如图1所示地，例如第一真空管5的位置固定的开关触头6可以通过电气连接件8与线路段9相连，并且可动开关触头7通过导体10与第二真空管5的可动开关触头7相连，其中，第二真空管5的位置固定的开关触头6同样与待连接的线路段9相连。以这种方式实现真空管5的串联连接，这可以实现两个线路段9的能切换的连接，这两个线路段的电压水平在各个真空管5的额定电压以上。

在图3中示出用于切换真空管5的运动机构11的第一实施例。在此，调节元件12设计为曲轴，所述曲轴分别通过连杆21与布置成V型的真空管5的可动开关触头7耦连。连杆21固定在可动开关触头7上并且分别通过枢转轴承22固定在曲轴上。调节元件12可以通过促动器13沿箭头23的方向旋转，所述促动器例如设计为电动机。通过调节元件12的转动运动，可动开关触头7与位置固定的开关触头6相间隔并且开关触头6、7由此断开。反之，在反向于箭头23的方向转动时，可动开关触头7朝位置固定的开关触头6运动，使得开关触头6、7闭合并且真空管5由此可以导电地接通。

在图4所示的按照本发明的功率开关1的运动机构11的第二实施例。在该实施例中，调节元件12设计为能线性移动的调节元件，通过这种调节元件，真空管5的可动开关触头7如前所述地分别通过连杆21以及两个枢转轴承22耦连。能线性移动的调节元件12支承在导引件24中并且与在图4中未示出的促动器13、例如电气的线性马达耦连。能线性移动的调节元件12通过促动器13可以在导引件中沿箭头25的方向运动，以便通过可动开关触头7的运动断开开关触头6、7。开关触头6、7的闭合可以相应地通过能线性移动的调节元件12反向于箭头25的方向的运动实现，使得可动开关触头7再次运动而与位置固定的开关触头6相接触。

在图5中示出按照本发明的功率开关1的第二实施例。功率开关1包括三对26分别由两个真空管5组成的真空管，这些真空管沿着调节元件12的纵向错位地布置。每对26真空管5用于两个线路段9的能切换的连接。由于布置有三对26真空管5，通过功率开关1可以实现在三相配电系统中切换电连接，其中，每对26真空管5分别切换一个相。可动开关触头7通过连杆21和枢转轴承22与调节元件12耦连。所述运动机构在此可以根据图3或4所示的实施例设计。通过促动器13的运动，可以实现这些对26的真空管5的所有可动开关触头7的同时运动，使得所有三相通过功率开关1可以同时切换。当然，一对26的真空管5的可动开关触头7例如分别通过导体10如图1所示地导电地连接，使得两个线路段9分别根据真空管5的切换状态导电地连接或者电气地分离，这两个线路段9与一对26的真空管5电气连接。

当然，即便功率开关设置有三对26的真空管5，则真空管5也可以分别如前所示地以V型的布置方式布置。附加或备选地，真空管5可以分别布置在功率开关1的壳体2的壳体外罩3内的套管4中，从而总体上实现了用于切换三相电流的功率开关1的整体紧凑的结构。在该实施例中，促动器13位于壳体2以外，其中，所述调节元件12穿过壳体2的外壁并且与促动器13相连。当然，促动器13也可以布置在壳体2内。

为了使促动器13与高压绝缘，在所有实施例中可规定，调节元件12以及曲轴或者线性可动调节元件以及连杆21由绝缘材料、如玻璃纤维增强的塑料或凯夫拉增强的塑料构成。以这种方式，即使功率开关1闭合时也通过运动机构11或调节元件12中断流向促动器13的电流。

尽管通过优选实施例详细示出并阐述了本发明的细节，但是本发明不受公开实施例的限制，并且只要不脱离本发明的保护范围，技术人员由此可以推导出其它变型方案。

附图标记列表

1 功率开关

2 壳体

3 壳体外罩

4 套管

5 真空管

6 位置固定的开关触头

7 可动开关触头

8 电气连接件

9 线路段

10 导体

11 运动机构

12 调节元件

13 促动器

14 陶瓷绝缘体

15 内部

16 罩壳

17 伸缩管

18 箭头

19 接触面

20 护板

21 连杆

22 枢转轴承

23 箭头

24 导引件

25 箭头

26 对

Claims (11)

1.一种功率开关，用于能中断地连接至少两个线路段(9)，所述功率开关包括至少一对真空管(5)，所述真空管分别包括位置固定的开关触头(6)和可动开关触头(7)，其中，至少一对真空管(5)的开关触头(6、7)串联地电气连接，其特征在于，所述真空管(5)的可动开关触头(7)与共同的促动器(13)耦连并且通过促动器(13)的运动能同时切换。

2.按照权利要求1所述的功率开关，其特征在于，所述可动开关触头(7)通过共同的调节元件(12)与所述促动器(13)耦连。

3.按照权利要求2所述的功率开关，其特征在于，所述调节元件(12)是转动的轴、尤其曲轴或者能线性移动的调节元件。

4.按照权利要求2或3所述的功率开关，其特征在于，所述真空管(5)的可动开关触头(7)分别通过连杆(21)与所述调节元件(12)耦连。

5.按照权利要求2至4之一所述的功率开关，其特征在于，所述调节元件(12)和/或所述连杆(21)由电绝缘的材料、尤其玻璃纤维增强的塑料和/或凯夫拉增强的塑料构成。

6.按照权利要求2至5之一所述的功率开关，其特征在于，至少一对(26)真空管(5)中的真空管(5)彼此成角度地布置，使得所述可动开关触头(7)指向所述调节元件(12)并且与所述调节元件耦连，其中，所述调节元件(12)布置在所述真空管(5)之间。

7.按照权利要求6所述的功率开关，其特征在于，所述功率开关(1)包括三对(26)的真空管(5)，其中，每对(26)的真空管(5)的开关触头(6、7)均分别与两个线路段(9)串联地电气连接，并且所述三对(26)沿调节元件(12)的纵向彼此间隔，其中，所述调节元件(12)与所述三对(12)的真空管(5)的可动开关触头(7)耦连。

8.按照前述权利要求之一所述的功率开关，其特征在于，所述促动器(13)是电动机。

9.按照前述权利要求之一所述的功率开关，其特征在于，所述真空管(5)布置在共同的壳体(2)内、尤其是接地箱壳式功率开关壳体或瓷柱式功率开关壳体内。

10.按照权利要求9所述的功率开关，其特征在于，所述真空管(5)分别布置在套管(4)内，所述线路段(9)中的一个分别穿过所述套管导入所述壳体(2)内。

11.按照权利要求10所述的功率开关，其特征在于，所述套管(4)彼此成角度地布置在所述壳体(2)的壳体外罩(3)中，其中，所述调节元件(12)布置在所述套管(4)之间并且在所述套管(4)的下方。

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