CN113748475B - 高压断路器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有快速中断功能的高压断路器系统，所述快速中断功能导致触点系统(4)的断开运动(20)、闭合运动(22)和重新断开运动(24)，高压断路器系统包括具有触点系统(4)和驱动系统(6)的断路器，驱动系统与触点系统(4)机械上处于连接，其中，驱动系统(6)包括动力装置(8)。本发明的特征在于，除了动力装置(8)之外，驱动系统还具有设计为曲轴(10)的驱动轴，曲轴通过推杆(12)与触点系统(4)的运动触点(14)连接；并且触点系统(4)的断开运动(20)、闭合运动(22)和重新断开运动(24)的循环由曲轴(10)的单向旋转运动(16)引起。

Description

高压断路器系统

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的高压断路器系统。

背景技术

针对高压和超高压网络(即架空线中电压超过110千伏)中的故障清除定义了所谓的快速中断器。如果短路例如是由倒下的树、落下的树枝或大鸟引起的，则开关会在极短的时间内中断短路电流。在此，断路器在大约300毫秒的时间内关断，从而将发生短路的区域与剩余的电网分开。由于此类短路例如因为产生短路的元件已烧毁而经常自行再生，因此断路器会在限定的时间后再次接通，该时间通常小于一秒。在此，如果确定短路不再发生，则断路器保持接通。如果短路持续存在，则必须在很短的时间内再次断开开关，即同样在大约300毫秒内，以防止进一步损坏电网。然后，暂时静态地保持该断开，直到手动排除原因。这样的功能性，其通常相应于网络运营商的规定，被称为断开-闭合-断开功能性(Open-Close-Open-)，简称O-C-O。

高压电网中的传统断路器具有用于该O-C-O功能性的弹簧储能驱动器，通过弹簧储能驱动器可以实现接通和再次关断。在此，在切换操作过程中，每有一个弹簧储能器被触发，则另一个弹簧储能器在此被张紧；在下一切换操作过程中，该触发-张紧过程反转。虽然这种结构形式被广泛地设立，但其实现分别需要相对高的机械开销。此外，对于每次断开或闭合操作而言，触发机制在技术上都是复杂的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种针对高压应用的断路器系统，该断路器系统具有断开-闭合-断开功能性并且在此与现有技术相比具有技术上开销更低的驱动系统。

上述技术问题的解决方案在于具有权利要求1的特征的高压断路器系统。

根据本发明的具有导致触点系统的断开运动、闭合运动和重新断开运动的快速中断功能的高压断路器系统恰好包括该触点系统，该触点系统与驱动系统机械上处于连接。在此，驱动系统具有动力装置。除了动力装置之外，驱动系统还包括设计为曲轴形式的驱动轴。该曲轴通过推杆与触点系统的运动触点连接。此外，本发明的特征在于，触点系统的断开运动、闭合运动和重新断开运动的循环通过曲轴的单向旋转运动进行。

与传统使用的弹簧储能驱动器相比，本发明的优点在于，动力单元可以通过曲轴在轴转圈的单向旋转运动中执行所需的断开过程、闭合过程和重新断开过程。通过这种结构使得可以使用简单的动力装置，例如电动机或螺旋弹簧。这显著减少了动力单元结构中的技术开销。由于减少了技术开销，相应的动力单元也可以是更低成本的。

曲轴是具有一个或多个曲柄的轴，所述一个或多个曲柄描述了相对于轴的旋转轴线的偏心旋转运动。在曲柄上可以固定有推杆或连杆，由此将曲轴的旋转运动转换为平移运动。曲柄可以是传统的细长杠杆，但曲柄也可以设计成偏心盘的形式。

断路器的快速中断功能在于，在短路时短时间地、即数量级小于半秒地断开电线，再次短路该电线类似的时间段，然后可以检查在该电线上是否仍然存在短路，如果仍然存在短路，则重新再次断开该电线。如果短路在第一中断间隔期间已消除，则断路器保持在闭合位置。

术语“机械上处于连接”被理解为，为了在两个系统之间传递力、脉冲或动作，存在如下机械连接，其例如通过可动连接、如轴承或关节，但也通过固定连接、如材料配合连接或力配合连接，或者通过可动连接和固定连接构成的组合实现。

在本发明的一种实施方式中，曲轴以如下方式设计，即从触点系统的闭合位置出发到触点系统的断开位置执行单向旋转运动，该单向旋转运动相对于曲轴的旋转轴线处于150°和210°之间。

原则上，在使用曲轴时，在闭合位置和断开位置之间180°的旋转运动是有利的。出于几何要求或者对断开时间和闭合时间的考虑，断开过程的最佳旋转运动可以处于偏离180°、即在150°和210°之间的范围内。

在本发明的另外的实施方式中，曲轴被设计为，使得对于触点系统的断开运动、闭合运动和重新断开运动的循环，相对于曲轴的旋转轴线执行位于350°和360°+10°之间的单向旋转运动。在此，也合适的是，对于整个循环，原则上曲轴进行360°的旋转运动。然而，由于旋转过度或旋转不足，即比360°小10°或比360°大10°，原则上可能会发生例如触点系统的触点之间的接触压力的增加或减少。

曲轴优选地以如下方式设计，即在曲柄上布置有关于旋转轴线偏心的曲柄销，该曲柄销在曲轴的旋转运动中描绘围绕曲轴的旋转轴线的圆周运动。在此也合适的是，该曲柄销平行于旋转轴线地取向。此外，曲柄销可以被推杆的滑动轴承包围，从而确保动力传递以及将旋转运动转换为平移运动。

在另外的实施方式中，曲轴具有至少两个曲柄、优选地具有三个曲柄，其优点在于，可以通过一个驱动轴、即曲轴和一个动力装置同时运行多个断路器。术语“两个或三个曲柄”结构形式导致地被理解为，存在至少两个或三个销，所述销分别被一对曲柄围绕并且以距曲轴的旋转轴线的偏心距离旋转。在此，术语“曲柄”和“曲柄对”具有相同的意义，因为当使用多于一个的曲柄或曲柄对和接近或超过360°的旋转运动时会不可避免地需要曲柄对，以免阻碍推杆的旋转运动。

在另外的实施方式中，这三个曲柄或曲柄对相对于曲轴的旋转轴线具有不同的旋转方向。优选地，第一曲柄或第一曲柄对指向一个方向，第二曲柄对指向第二方向，该第二方向相对于第一曲柄以180°的数量级错开。在此，第三曲柄优选地又指向第一曲柄的方向。以这种方式，一方面可以通过共同的曲轴并且通过共同的驱动器运行三个断路器，此外，由于曲柄的错开的结构形式，可以使断路器彼此靠近，因为断路器错开地布置，这大致导致断路器的三角形布置。以这种方式，可以在断路器的放置中节省大量结构空间。

附图说明

参考以下附图更详细地阐述本发明的另外的实施方式和另外的特征。在此涉及纯示例性的、非常示意性的图示，其旨在更详细地阐述实施方案的基本原理。这是不限制保护范围的示意图。

在此附图中：

图1示出了具有触点系统和驱动系统的高压断路器系统，其中，为了将驱动能量传递到触点系统应用曲轴。图1示出了闭合状态下的触点系统；

图2示出了具有旋转的曲轴和触点系统的断开状态的根据图1的高压断路器系统；

图3示出了在曲轴旋转大约180°之后再次处于闭合状态的根据图1的高压断路器系统；

图4示出了在曲轴旋转360°之后处于与图2中相同位置的高压断路器系统；

图5示出了一系列的三相高压断路器系统，其由具有驱动器和曲轴的驱动系统驱动；

图6示出了具有曲轴的高压断路器系统，该曲轴具有偏心盘作为曲柄；

图7示出了用于说明断开和闭合循环的时间轴；

图8示出了沿曲柄和安装在该曲柄上的推杆穿过曲轴的横截面；

图9示出了三个高压断路器系统的布置的俯视图，但是类似于图5地具有相对于旋转轴线以旋转错开的方式布置的曲柄；

图10示出了根据现有技术的具有驱动机构的高压断路器系统。

具体实施方式

在图1中给出了高压断路器系统的示意图，该高压断路器系统具有布置在壳体42中的触点系统4。在此，壳体42原则上设计为气密的，在壳体内可以存在绝缘气体，绝缘气体可以是例如六氟化硫或氟酮或氟腈。然而，绝缘气体也可以是合成的、经净化的空气。在此，断路器2也可以包括真空管。在此，触点系统4具有固定触点44和运动触点14。运动触点14与接触螺栓40连接，该接触螺栓又通过推杆12与曲轴10机械上处于连接。推杆12例如可以设计成传统的连杆的形式。在此，在该实施方案中，推杆12在其端部处分别具有滑动轴承38或40，其中，滑动轴承38被固定在作为曲轴10的一部分的销34上。销34被两个曲柄32框住，这两个曲柄导致销34相对于曲轴10的旋转轴线30的偏心布置。曲轴10又是驱动系统6的一部分，该驱动系统除了曲轴10之外包括动力单元8。在动力单元8中可以使用不同的驱动技术。例如，电动机可以保障驱动，但也可以使用螺旋弹簧来保障驱动。在此，曲轴10支承在轴承48中。

在此，动力装置8被设计为，沿旋转方向16运动，使得曲轴10同样地沿着箭头16执行单向旋转运动。当该旋转运动16围绕曲轴10的旋转轴线30执行一次360°时，如在图2、图3和图4中所示的，这首先导致沿着根据图2的箭头20的断开运动，其中，对于触点系统4的最大断开宽度，即移动触点4的最大运动，曲轴10沿旋转方向16发生180°的旋转运动。在根据图2的这种情况中，触点系统4最大程度地断开并且曲轴10沿相同方向优选地无中断地继续进行旋转运动，其中，触点系统4沿着箭头22再次闭合，在这种情况下，曲轴10执行了360°的旋转运动。

如果在此发现短路的原因仍然存在，则此处未示出的触发单元给出关于曲轴10的进一步180°运动的信号，根据图4，这意味着沿着箭头24进一步的断开运动。此时，根据图4，包含断开过程、闭合过程和重新断开过程的循环结束。高压断路器2此时保持最初的断开。

在图7中沿时间轴示意性地示出了该循环。在时间点T₀之前的时间段和在时间点T₀时，不存在短路或电网的其他方式的确认，因此高压断路器2在其初始位置闭合。

在时间点T₀，发生由触发单元引起的触发事件，并且断路器2相应于图2地直到时间点T₁被引导到用O标记的断开位置。这个时间区段持续大约300毫秒。在可以在100毫秒和1秒之间的另一时间段上，开关根据图3再次闭合，这发生在时间点T₂。如果导致短路的事件仍然存在，则根据图4直到时间点T₃发生进一步的断开运动。

在图5中示出了断路器系统2，其中，三个断路器3并排地布置并且由驱动系统6共同驱动。根据图5，曲轴10在此具有三个曲柄32，所述三个曲柄分别与断路器3连接。

所述三个断路器3涉及用于电网的各个相的开关，通过它们可以在断路器系统2中利用一个驱动系统6同时进行切换。沿箭头16的旋转运动的流程与关于图1至图4所描述的相对应。

在图6中示出了类似的断路器系统2，其原则上执行与已经参照图1至图4描述的相同的运动流程。然而，系统2的不同之处在于曲轴10的形式，其中，曲轴10的曲柄32设计成偏心盘的形式并且布置在曲轴10的一端。在这种情况下，只需要一个曲柄32而不需要曲柄对，曲柄销34布置在偏心盘形式的曲柄32上，而不需要在第二曲柄中的配合支承。

在图8中示出了在两个曲柄32之间的曲柄销34的区域中通过曲轴10的横截面。在此示出了滑动轴承38如何围绕曲柄销34布置，该滑动轴承又与推杆12连接。在图8中还可以看出，曲柄销34如何偏心于旋转轴线30地描绘旋转运动36，并且在此，可以首先单向旋转360°以用于断开和闭合，然后在必要时进一步旋转180°。推杆12的设有另一滑动轴承(参见图1，附图标记46)的端部与接触螺栓40接合，这在此处未详细示出。

最后，在图10中给出了根据现有技术的高压断路器系统的驱动机构。具有与前面附图中相同名称的特征设有相同的附图标记并在其后加上撇号。这种断路器系统还具有触点系统4'，该触点系统包括固定触点44'和运动触点14'，该运动触点又与接触螺栓40'有效连接。触点系统4'被壳体42'包围。与前面描述的不同之处在于，通过箭头20'、22'表明的断开-闭合和重新断开的循环是通过复杂的弹簧机构控制的，其中，两个弹簧储能器50-Ⅰ和50-Ⅱ通过摇转杆52连接，这在此非常示意性地示出。当触点系统4'断开时，摇转杆52使得弹簧储能器50-Ⅰ放松，并且在此在相反的情况下，该摇转杆使得弹簧储能器50-Ⅱ张紧。这个过程随着进一步的断开运动或闭合运动而逆转。这涉及一种极其复杂的机械布置，其可以替换地被所描述的曲轴10的在技术上更简单的实施方式实现。

附图标记列表

2 高压断路器系统

3 断路器

4 触点系统

6 驱动系统

8 动力装置

10 曲轴

12 推杆

14 运动触点

16 单向旋转运动

20 断开

22 闭合

24 重新断开

26 闭合位置

28 断开位置

30 旋转轴线

32 曲柄

34 固定销

36 圆周旋转运动

38 滑动轴承

40 接触螺栓

42 壳体

44 固定触点

46 第二滑动轴承

48 曲轴轴承

50 弹簧储能器

52 摇转杆

Claims (6)

1.一种具有快速中断功能的高压断路器系统，所述快速中断功能导致触点系统(4)的断开运动(20)、闭合运动(22)和重新断开运动(24)，所述高压断路器系统包括具有触点系统(4)和驱动系统(6)的断路器，所述驱动系统与所述触点系统(4)机械上处于连接，其中，所述驱动系统(6)包括动力装置(8)，并且除了所述动力装置(8)之外，所述驱动系统还具有设计为曲轴(10)的驱动轴，所述曲轴通过推杆(12)与触点系统(4)的运动触点(14)连接；并且其中所述触点系统(4)的断开运动(20)、闭合运动(22)和重新断开运动(24)的循环由所述曲轴(10)的单向旋转运动(16)引起，

其特征在于，所述曲轴(10)具有至少三个曲柄，其中，第二曲柄在与第一曲柄不同的另一方向上旋转地偏转。

2.根据权利要求1所述的高压断路器系统，其特征在于，所述曲轴(10)从触点系统(4)的闭合位置(26)出发到触点系统的断开位置(28)相对于所述曲轴的旋转轴线(30)执行单向旋转运动(16)，所述单向旋转运动位于150°和210°之间。

3.根据权利要求1或2所述的高压断路器系统，其特征在于，对于触点系统(4)的断开运动(20)和闭合运动(22)，所述曲轴(10)相对于其旋转轴线(30)执行位于350°和360°+10°之间的单向旋转运动(16)。

4.根据权利要求1或2所述的高压断路器系统，其特征在于，所述曲轴(10)在曲柄(32)上具有关于旋转轴线(30)偏心的曲柄销(34)，所述曲柄销在曲轴的旋转运动(16)中描绘围绕旋转轴线的圆周运动。

5.根据权利要求4所述的高压断路器系统，其特征在于，所述曲柄销(34)平行于旋转轴线(30)地取向。

6.根据权利要求5所述的高压断路器系统，其特征在于，所述曲柄销(34)被所述推杆(12)的滑动轴承(38)包围。