CN114006609A - 可抽出类型的混合开关装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种可抽出类型的混合开关装置。一种用于配电网的开关装置，包括：‑可抽出的第一开关单元，该第一开关单元具有一个或多个第一电极；‑可抽出的第二开关单元，该第二开关单元具有一个或多个第二电极并且与所述第一开关单元串联电连接；‑控制器，该控制器实现针对增加所述第一开关单元和所述第二开关单元的抽出操纵的安全性的控制策略。

Description

可抽出类型的混合开关装置

技术领域

本发明涉及一种用于配电网的开关装置，诸如断路器或类似类型的另一装置。

背景技术

众所周知，低压开关装置用在电路或电网中，以允许特定电路或电网区段的正确操作。例如，这些装置可以被用于确保提供若干公用设施所需的标称电流、使得电力负载能够正确插入和断连并保护(尤其是断路器)电网和已安装的电力负载免受诸如过载和短路之类的故障事件的影响。

大多数传统的开关装置包括具有一个或多个电极的机电开关单元，每个机电开关单元包括一对电触头，该对电触头适于耦合或解耦以允许或中断沿着电极的线路电流。

虽然它们被证明是非常稳健和可靠的，但机电开关装置在DC应用中显示出相对长的中断时间，主要是在相对高的电压(在1-1.5kV DC之间)。因此，通常在分离的情况下电触头之间触发的电弧会持续相对长的时间。这常常造成电触头的严重磨损现象，并因此导致操作可靠性和电耐久性的显著降低。

为了克服这些技术问题，他们已经设计了包括开关单元的开关装置(也称为“SSCB”–固态断路器)，对于每个电极，开关单元具有一个或多个固态开关，即，基于半导体的晶体管或晶闸管，其适于在导通状态下或在阻断状态下操作以允许或中断电流流动。

SSCB的主要优点在于，由于在不形成电弧的情况下执行断路操作的情形，SSCB具有潜在不受限制的电耐久性。另外，与机电类型的开关装置的中断时间相比，它们的中断时间明显更短。

SSCB的重要缺点在于，它们一般不能在与其连接的线路导体之间提供流电绝缘。实际上，当将电压施加到固态开关的电力端子(例如，IGBT的集电极端子和发射极端子)时，即使所述开关处于阻隔状态，漏电流通常也会流动。

近来，他们已经开发了包括串联电连接的SSCB类型的开关单元和机电类型的开关单元的开关装置。

这些开关装置(一般称为“混合开关装置”)允许利用由SSCB在可靠性和减少中断时间方面提供的所有优点，同时，它们允许获得与其连接的线路导体之间的流电绝缘。

许多混合开关装置是“可抽出”类型的。在这种情况下，SSCB单元和机电开关单元都可相对于开关装置的固定段移动。具体而言，每个开关单元以可相对于开关装置的固定段在插入位置和抽出位置之间可逆地移动的方式安装在滑架上。

就使用效率而言，“可抽出”类型的混合开关装置具有多个优点。

但是，这些开关装置具有一些方面需要改进，特别是对于与操作中的SSCB开关单元和机电开关单元的协调控制相关的方面。

当前采用的控制策略不允许这些开关装置以完全安全的方式操作，特别是在出于任何原因必须抽出SSCB开关单元时。

本发明的主要目标是提供一种可抽出类型的混合开关装置，该混合开关装置使得能够克服或减轻已知技术的上面提到的问题。

在这个目标内，本发明的目的是提供一种开关装置，该开关装置确保高水平的安全性和操作效率。

本发明的另一目的是提供一种开关装置，该开关装置可以在操作中容易地控制而无需布置复杂且昂贵的控制资源。

本发明的另一目的是提供一种在工业水平相对容易和廉价地制造的开关装置。

根据本发明，该目标和这些目的以及根据以下描述和附图将变得清楚的其它目的是通过根据下面列出的权利要求1和相关从属权利要求的开关装置来实现的。

发明内容

根据本发明的开关装置包括：

-一个或多个第一线路端子和第二线路端子，该一个或多个第一线路端子和第二线路端子旨在分别电连接到电气线路的对应的第一线路导体和第二线路导体；

-具有一个或多个第一电极的第一开关单元，每个第一电极包括第一极触头、第二极触头以及一个或多个固态开关，该第一极触头旨在电连接到对应的第一线路端子，该一个或多个固态开关电连接到所述第一极触头和所述第二极触头并适于在导通状态下或在阻断状态下操作以允许或中断电流流动。

所述第一开关单元可在所述固态开关处于导通状态的闭合状况与所述固态开关处于阻断状态的断开状况之间可逆地切换。

所述第一开关单元可在所述第一极触头与所述第一线路端子耦合的插入状况和所述第一极触头与所述第一线路端子解耦的抽出状况之间可逆地移动；

-具有一个或多个第二电极的第二开关单元，每个第二电极包括第三极触头、第四极触头以及电触头，该第三极触头旨在电连接到第一开关单元的对应第二极触头，该第四极触头旨在电连接到对应的第二线路端子，该电触头电连接到所述第三极触头和所述第四极触头并适于在耦合状态下或在解耦状态下操作以允许或中断电流流动。

所述第二开关单元可在所述电触头处于耦合状态的闭合状况与所述电触头处于解耦状态的断开状况之间可逆地切换。

所述第二开关单元可在所述第四极触头与所述第二线路端子耦合的插入状况和所述第四极触头与所述第二线路端子解耦的抽出状况之间可逆地移动。

-第一致动布置，该第一致动布置适于在被用户激活时在所述第一开关单元的至少抽出操纵期间致动所述第一开关单元；

-第二致动布置，该第二致动布置适于在被用户激活时在所述第二开关单元的至少抽出操纵期间致动所述第二开关单元；

-控制器，该控制器适于控制所述开关装置的操作。

根据本发明，开关装置的控制器被配置为，如果所述第一开关和所述第二开关中的至少一个处于闭合状况，那么在被用户激活时，防止所述第一致动布置将所述第一开关单元从插入状况移动到抽出状况。

根据本发明，开关装置的控制器被配置为，如果所述第一开关单元和所述第二开关单元(1，2)二者都处于断开状况，那么在被用户激活时，允许所述第一致动布置将所述第一开关单元从插入状况移动到抽出状况。

优选地，开关装置的第一致动布置包括第一致动部件、第一命令部件以及第一使能部件，该第一致动部件操作上耦合到所述第一开关单元，该第一命令部件可由用户激活以命令所述第一致动部件将所述第一开关单元从插入状况移动到抽出状况，该第一使能部件适于响应于由所述控制器接收到的控制信号而使能或停用所述第一命令部件。

优选地，所述第一致动设备布置包括激活感测部件，该激活感测部件适于向所述控制器提供指示用户对所述第一命令部件的激活的感测信号。

优选地，开关装置的第二致动布置适于仅当所述第二开关单元处于断开状况时才在被用户激活时将所述第二开关单元从插入状况移动到抽出状况。

优选地，所述第二致动布置包括第二致动部件、第二命令部件以及第二使能部件，该第二致动部件操作上耦合到所述第二开关单元，该第二命令部件可由用户激活以命令所述第二致动部件将所述第二开关单元从插入状况移动到抽出状况，该第二使能部件适于根据所述第二开关单元的电触头的操作状态来使能或停用所述第二命令部件。

优选地，所述第二使能部件适于：

-如果所述第二开关单元的电触头处于耦合状态，那么停用所述第二命令部件；

-如果所述第二开关单元的电触头处于解耦状态，那么使能所述第二命令部件。

根据本发明的一方面，开关装置的控制器被配置为控制所述第一开关单元和所述第二开关单元的操作状况，以使所述第一开关单元和所述第二开关单元根据以下操作配置组合地操作：

-与所述开关装置的闭合状态对应的第一操作配置，在该第一操作配置中所述第一开关单元和所述第二开关单元二者都处于闭合状况；或者

-与所述开关装置的待机状态对应的第二操作配置，在该第二操作配置中所述第一开关单元处于断开状况并且所述第二开关单元处于闭合状况；或者

-与所述开关装置的断开状态对应的第三操作配置，在该第三操作配置中所述第一开关单元和所述第二开关单元二者都处于断开状况。

优选地，所述控制器被配置为：

-如果所述第一开关单元和所述第二开关单元根据所述第一操作配置或以所述第二操作配置组合操作，那么防止所述第一致动布置将所述第一开关单元从插入状况移动到抽出状况；

-如果所述第一开关单元和所述第二开关单元根据所述第三操作配置组合操作，那么在被用户激活时，允许所述第一致动设备将所述第一开关单元从插入状况移动到抽出状况。

优选地，开关装置的第二致动布置适于仅当所述第一开关单元和所述第二开关单元根据所述第三操作配置组合操作时才在被用户激活时将所述第二开关单元从插入状况移动到抽出状况。

根据本发明的一方面，开关装置的控制器包括接口段，该接口段包括适于接收指示所述开关装置的期望操作状态的输入命令的一个或多个输入端口。

优选地，开关装置包括与所述接口段通信的人机接口。所述人机接口适于在与用户交互时提供所述输入命令。

优选地，所述接口段能够从远程的计算机化设备接收所述输入命令。

根据本发明的一方面，开关装置的控制器被包括在所述第一开关单元中。

附图说明

根据仅作为示例而非限制在附图中图示的优选但非排他的实施例的描述，本发明的其它特征和优点将更加清楚地显现，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的开关装置；

图2-图3示意性地示出了根据本发明的开关装置的操作。

具体实施方式

参考所提到的附图，本发明涉及用于配电网的开关装置100，诸如断路器、隔离开关、接触器等。

开关装置100特别适于安装在低压电网或系统中。但是，它也可以成功地用在中压电网或系统中。

出于本发明的目的，术语“低压”(LV)涉及低于1kV AC和1.5kV DC的操作电压，而术语“中压”(MV)涉及高达数十kV(例如高达72kV AC和100kV DC)的更高的操作电压。

一般而言，开关装置100旨在电连接到电气线路50。

电气线路50包括可以电连接到等效电源(例如，电力馈送或发电系统或电网的区段)的一个或多个第一线路导体51以及可以连接到等效电力负载(例如，电力系统或装置或电网的区段)的一个或多个第二线路导体52。

在附图中所示的实施例中，电气线路50是三相类型的。但是，原则上，它可以包括不同数量的电气相。

开关装置100包括一个或多个第一线路端子91和第二线路端子91，它们旨在分别电连接到电气线路50的对应的第一线路导体51和第二线路导体52。

方便地，第一线路端子91和第二线路端子92被容纳在开关装置的固定段(未示出)中，该固定段方便地由开关装置的支撑框架(未示出)限定。

开关装置100包括SSCB类型的第一开关单元1和机电类型的第二开关单元2，它们在操作中串联电连接在上面提到的线路端子91、92之间。

SSCB开关单元1包括一个或多个第一电极1A。

SSCB开关单元1的电极的数量可以根据需要而变化。在所引用的附图所示的实施例中，SSCB开关单元是三相类型的，并且它包括三个电极。但是，根据本发明的其它实施例(未示出)，SSCB开关单元可以包括不同数量的电极。

每个电极1A旨在电连接到电气线路50的对应的第一线路导体51并且与机电开关单元2的对应的电极电连接。

每个电极1A包括旨在电连接到开关装置的对应的第一线路端子91的第一极触头11和旨在电连接到机电开关单元2的对应的极触头23的第二极触头12。

每个电极1A包括适于在导通状态或阻断状态下操作以允许或中断电流流动的一个或多个固态开关10。

固态开关(“SSCB”)10可以包括例如MOSFET、绝缘栅双极晶体管(“IGBT”)、门极可关断晶闸管(GTO)、集成门极换流晶闸管(“IGCT”)等。

每个电极1A的固态开关10例如根据串联配置或已知类型的其它更复杂的电路配置电连接在极触头11和12之间。

在操作中，SSCB开关单元1能够在电极1A的固态开关10处于导通状态的闭合状况ON与电极1A的固态开关10处于阻断状态的断开状况OFF之间可逆地切换。

当开关单元1处于闭合状况ON时，允许线路电流沿着电极1A流动。代替地，当开关单元1处于断开状况OFF时，线路电流不能沿着电极1A流动。但是，常影响处于阻断状态的固态开关的可能的漏电流仍可以循环。

从闭合状况ON到断开状况OFF的转变形成了开关单元1的断开操纵，而从断开状况OFF到闭合状况ON的转变形成了开关单元1的闭合操纵。

开关单元1可以在从控制器3接收到第一跳闸信号T1时执行断开操纵或闭合操纵。

优选地，开关单元1包括一个或多个第一驱动电路(未示出)，其适于接收第一跳闸信号T1并根据所述第一跳闸信号驱动固态开关10的控制端子(例如，栅极端子或基极端子)。

开关单元2包括一个或多个第二电极2A。

而且在这种情况下，开关单元2的电极2A的数量可以根据需要而变化。一般而言，电极2A的数量与SSCB开关单元1的电极1A的数量对应。

每个电极2A与SSCB开关单元1的对应的电极1A串联电连接，并且旨在电连接到电气线路50的对应的第二线路导体52。

因此，每个电极2A包括旨在与SSCB开关单元1的对应的第二极触头12电连接的第三极触头23和旨在与开关装置的第二线路端子92电连接的第四极触头24。

每个第二电极2A包括电触头20，该电触头20可以在耦合状态或解耦状态下操作以允许或中断电流流动。方便地，每个电极2A的电触头20包括固定电触头和可移动电触头(未示出)。每个可移动触头可以被致动以与固定触头耦合或解耦。

在操作中，机电开关单元2能够在电极2A的电触头20处于耦合状态的闭合状况ON与电极2A的电触头20处于解耦状态的断开状况OFF之间可逆地切换。

当开关单元1处于闭合状况ON时，允许线路电流沿着电极2A流动。代替地，当开关单元1处于断开状况OFF时，线路电流不能沿着电极2A流动。

从闭合状况ON到断开状况OFF的转变形成了开关单元2的断开操纵，而从断开状况OFF到闭合状况ON的转变形成了开关单元2的闭合操纵。

优选地，机电开关单元2包括适于引起所述开关单元的可移动触头的致动以执行上面提到的断开操纵和闭合操纵的一个或多个跳闸致动器25(其可以是已知类型的)。

作为示例，跳闸致动器25可以包括适于使电极2A的可移动触头致动以执行断开操纵的断开线圈致动器以及适于使电极2A的可移动触头致动以执行闭合操纵的闭合线圈致动器。

跳闸致动器25可与适于致动第二开关单元的可移动触头的合适的致动机构(未示出)操作上耦合。这种致动机构(其可以是已知类型的)被方便地设计为在由上面提到的跳闸致动器跳闸时移动第二开关单元2的可移动触头。

机电开关单元2可以在从控制器接收到跳闸信号T2时执行断开操纵或闭合操纵。

优选地，机电开关单元2可以包括适于接收上面提到的跳闸信号T2并根据所述第二跳闸信号来驱动跳闸致动器25的一个或多个第二驱动电路(未示出)。

当根据跳闸信号T2被驱动时，跳闸致动器25使上面提到的致动机构跳闸，该致动机构致动机电开关单元的可移动触头以执行该机电开关单元的闭合操纵或断开操纵。

优选地，机电开关单元2包括适于将指示机电开关单元2的操作状况的感测信号S2提供给控制器的一个或多个接触感测部件26。

作为示例，感测部件26可以包括适于发信号表示(signal)开关单元2的闭合状况ON的闭合微开关(其可以是已知类型的)和适于发信号表示开关单元2的断开状况OFF的断开微开关(其可以是已知类型的)。

优选地，机电开关单元2包括适于向控制器提供使能信号E以便允许或防止机电开关单元2在闭合状况ON下操作的一个或多个使能设备27。

作为示例，使能设备27可以包括同意微开关(其可以是已知类型的)。

根据本发明，开关装置100是可抽出类型的。

因此，SSCB单元1和机电开关单元2二者可以从它们的正常操作位置抽出，以便与电气线路50连接或断连。

SSCB开关单元1可在第一极触头11与第一线路端子91耦合的插入状况A和第一极触头11与第一线路端子91解耦的抽出状况B之间可逆地移动。

优选地，当SSCB开关单元1处于插入状况A时，该SSCB开关单元1使第二极触头12与机电开关单元2的第三极触头23耦合。

优选地，当SSCB开关单元1处于抽出状况B时，该SSCB开关单元1使第二极触头12与机电开关单元2的第三极触头23解耦。

从插入状况A到抽出状况B的转变形成了开关单元1的抽出操纵，而从抽出状况B到插入状况A的转变形成了开关单元1的插入操纵。

当SSCB开关单元1处于抽出状况B时，该SSCB开关单元1可以处于它仍与开关装置的辅助电源电连接的测试位置或者处于它从任何电路电断连的完全抽出位置。

优选地，开关装置100包括第一滑架(未示出)，在其上安装有SSCB开关单元1。方便地，这种第一滑架滑动耦合到开关装置100的支撑框架。以这种方式，第一开关单元1和第一滑架两者可相对于开关装置的固定段移动。

开关装置100包括第一致动布置7，该第一致动布置7适于在被用户激活时致动SSCB开关单元1，以便至少执行所述开关单元的抽出操纵。

优选地，第一致动布置7包括第一致动部件70，该第一致动布置70操作上耦合到SSCB开关单元1以移动该SSCB开关单元1。这种致动部件可以包括电动机或电磁致动器，该电动机或电磁致动器通过合适的运动链操作上耦合到开关单元1并耦合到开关装置的支撑框架。

优选地，第一致动布置7包括第一命令部件71，该第一命令部件71可由用户激活以命令第一致动部件70将SSCB开关单元1从插入状况A移动到抽出状况B，以执行抽出操纵。

优选地，命令部件71被布置为一旦它们被用户手动激活就发送合适的命令信号以操作第一致动部件70。

优选地，第一命令部件71包括可以被用户按下以命令致动部件70的命令按钮。

根据其它解决方案，第一命令部件71可以包括更复杂的人机接口(例如，在与用户交互时生成上面提到的命令信号的触摸屏布置)。

优选地，第一致动布置7包括第一使能部件72，该第一使能部件72适于响应于从开关装置的控制器接收到的控制信号C而使能或停用第一命令部件71。

作为示例，第一使能部件72可以包括致动器(例如，线圈致动器)，该致动器操作上耦合至第一命令部件71并且被布置为在从控制器接收到控制信号C时允许或防止用户机械地激活所述命令部件。

作为进一步的示例，第一使能部件72可以包括开关电路，该开关电路操作上耦合到第一命令部件71，以在从控制器接收到控制信号C时防止或允许通过所述命令部件以电气或电子方式将命令信号传输到第一致动部件70。

优选地，第一致动布置7包括激活感测部件73(例如，微开关)，以向开关装置的控制器提供指示用户对第一命令部件71的激活的感测信号S1。

根据本发明的可能实施例，使能部件72和/或感测部件73可以被包括在致动部件70中。

根据本发明的优选实施例，第一致动布置7适于在被用户激活时移动SSCB开关单元1，还用于执行SSCB开关单元1的插入操纵。

在这种情况下，第一致动布置7包括附加命令部件(未示出)，该附加命令部件可由用户激活以命令第一致动部件70将SSCB开关单元1从断连状况B移动到插入状况A，以执行插入操纵。可以根据已知类型的解决方案来设计这样的附加命令部件。

根据本发明的其它实施例，开关单元1的插入操纵可以由用户直接执行，例如，通过使用可与合适的运动链操作上耦合的机械工具，该运动链操作上耦合到开关单元1和开关装置的支撑框架。

对于SSCB开关单元1，机电开关单元2可在第四极触头24与第二线路端子92耦合的插入状况A和第四极触头24与第二线路端子92解耦的抽出状况B之间可逆地移动。

优选地，当机电开关单元2处于插入状况A时，该机电开关单元2使第三极触头23与SSCB开关单元1的第二极触头12耦合。

优选地，当机电开关单元2处于抽出状况B时，该机电开关单元2使第三极触头23与SSCB开关单元1的第二极触头12解耦。

从插入状况A到抽出状况B的转变形成了开关单元2的抽出操纵，而从抽出状况B到插入状况B的转变形成了开关单元2的插入操纵。

当开关单元2处于抽出状况B时，该开关单元2可以处于其仍电连接到开关装置的辅助电源4并由该辅助电源4馈电的测试位置，或者处于该开关单元2与任何电路电断连的完全抽出位置。

优选地，开关装置100包括第二滑架(未示出)，在其上安装有开关单元2。方便地，这种第二滑架滑动耦合到开关装置100的支撑框架，从而可相对于该开关装置100的固定段移动(与第二开关单元2一起)。

开关装置100包括第二致动部件8，该第二致动布置8适于至少在机电开关单元2的抽出操纵期间在被用户致动时致动该机电开关单元2。

优选地，第二致动布置8包括第二致动部件80，该第二致动部件80操作上耦合到机电开关单元2以移动该机电开关单元2。这种致动部件可以包括电动机或电磁致动器，该电动机或电磁致动器通过合适的运动链操作上耦合到开关单元2和开关装置的支撑框架。

优选地，第二致动布置8包括第二命令部件81，该第二命令部件81可由用户激活以命令第二致动部件80以将机电开关单元2从插入状况A移动到抽出状况B，以执行抽出操纵。

优选地，第二命令部件81被布置为一旦它们被用户手动激活就发送合适的命令信号以操作第二致动部件80。

优选地，第二命令部件81包括可以由用户按下的命令按钮。

根据其它解决方案，它们可以包括更复杂的人机接口(例如，在与用户交互时生成上面提到的命令信号的触摸屏布置)。

优选地，第二致动布置8包括第二使能部件82，该第二使能部件82适于根据机电开关单元2的电触头20的操作状态，更具体地根据开关单元2的电极2A的可移动触头的操作位置，使能或停用第二命令部件81。

作为示例，第二使能部件82可以包括阻挡机构，该阻挡机构操作上耦合到第二命令部件81，并且被布置为：根据机电开关单元2的电触头20的操作状态，更具体地根据可移动触头的操作位置，机械地防止或允许通过第二命令部件的激活。这种阻挡机构可以被设计为当开关单元2的可移动触头分别与对应的固定触头耦合或解耦时，机械地锁定或解锁第二命令部件81。

根据本发明的一些实施例，第二致动布置8适于在被用户激活时移动SSCB开关单元1，还用于执行SSCB开关单元1的插入操纵。

在这种情况下，第二致动布置8包括附加命令部件(未示出)，该附加命令部件可由用户激活以命令第二致动布置80将机电开关单元2从断连状况B移动到插入状况A，以执行插入操纵。可以根据已知类型的解决方案来设计这样的附加命令部件。

根据本发明的一些实施例，开关单元2的插入操纵可以由用户直接执行，例如，通过使用可与合适的运动链操作上耦合的机械工具，该运动链操作上耦合到开关单元1和开关装置的支撑框架。

一般而言，开关单元1和2可以包括根据已知类型的解决方案在工业水平上布置的多个附加组件。在下文中，为了简洁起见，将不对它们进行进一步的结构细节描述。

根据本发明，开关装置100包括控制器3，该控制器3适于控制开关装置100的操作，特别是开关单元1、2的操作。

根据本发明的一些实施例(图1)，控制器3是自立式设备，其不被封闭在开关单元1、2中的任一个中。

根据本发明的其它实施例(未示出)，控制器3被封闭在开关单元1和2之一中，优选地被封闭在SSCB开关单元1中。在这种情况下，控制器3恰好是开关单元1的控制器，其被合适地配置为执行以下描述的功能(除了专门用于SSCB开关单元1的已知类型的其它功能之外)。

优选地，控制器3包括数据处理段31，该数据处理段31适于处理并提供数据或控制信号以实现所请求的功能。一般而言，数据处理段31可以包括数字或模拟类型的数据处理资源，例如，一个或多个微处理器或DSP。

优选地，控制器3包括跳闸段32，该跳闸段32适于与数据处理段31交互，以便生成用于控制开关单元1、2的操作的跳闸信号T1、T2。一般而言，跳闸段32可以包括数字或模拟类型的数据处理资源，例如，一个或多个微处理器或DSP。

优选地，控制器3适于接收和处理指示开关装置100的期望操作状态的输入命令CM1、CM2、CM3(例如，由适当的控制信号形成)，以便控制开关单元1、2的操作。

优选地，控制器3包括接口段33，该接口段33包括适于接收输入命令CM1、CM2、CM3的一个或多个输入端口。

优选地，开关装置100包括与控制器3的接口段33通信的人机接口5。人机接口5适于在与用户交互时提供输入命令CM1、CM2、CM3。

作为示例，人机接口5可以包括用户可以按下以生成输入命令CM1、CM2、CM3的合适按钮。

作为另一示例，人机接口5可以包括触摸屏，该触摸屏包括用户可以激活以生成输入命令CM1、CM2、CM3的合适图形资源(例如，数字按钮)。

作为附加示例，人机接口5可以与用户的计算机设备交互(例如，以无线方式)以生成输入命令CM1、CM2、CM3。

优选地，人机接口5是自立式设备，其不被封闭在开关单元1、2中的任何一个中。

根据本发明的其它实施例(未示出)，人机接口5被封闭在开关单元1和2之一中，优选地被封闭在SSCB开关单元1中。

在这种情况下，人机接口5可以是开关单元1的人机接口，其被合适地配置为执行上面提到的功能(除了专用于SSCB开关单元1的其它功能之外)。

根据本发明的一些实施例，控制器3的接口段33适于与远程的计算机化设备9(其一般常不是开关装置100的一部分)(例如，数字继电器)通信。方便地，接口33可以从计算机化设备9接收输入命令CM1、CM2、CM3。

优选地，开关装置100包括辅助电源4，该辅助电源4可电连接到外部低压电源(未示出)并适于向控制器3以及向开关装置的其它可能的电气或电子组件(例如，开关装置的致动布置7、8以及包括在开关单元1、2中的上面提到的驱动电路)提供合适的馈电电源PS。

优选地，辅助电源4是自立式设备。但是，本领域技术人员可以使用不同类型的布置。

一般而言，控制器3、人机接口5和辅助电源4可以在工业水平根据已知类型的硬件解决方案布置。因此，在下文中，为了简洁起见，将不对它们进行进一步的结构或电路细节的描述。

一般而言，SSCB开关单元1或机电开关单元2的抽出操纵或插入操纵可以以独立的方式执行，即，不需要对另一开关单元执行相同的操纵。

因此，给定的开关单元1、2可以经受给定的操纵，而不需要涉及另一开关单元。

因此，开关装置100可以取决于哪个开关单元1、2要经受抽出操纵或插入操纵而采取多种操作配置。

图2示意性地表示当执行开关单元1、2的抽出操纵和插入操纵时开关装置100可以采取的操作配置。

根据配置#1，开关单元1、2二者都处于插入状况。

根据配置#2，开关单元1处于抽出状况B，而开关单元2处于插入状况A。在这种情况下，根据需要，开关单元1可以处于测试位置或处于完全抽出位置。

为了从开关装置的配置#1转到配置#2，必须执行唯一的SSCB开关单元1的抽出操纵。为了从开关装置的配置#2转到配置#1，必须执行唯一的SSCB开关单元1的插入操纵。

根据配置#3，开关单元1处于插入状况A，而机电开关单元2处于抽出状况B。在这种情况下，根据需要，机电开关单元2可以处于测试位置或处于完全抽出位置。

为了从开关装置的配置#1转到配置#3，必须执行唯一的机电开关单元2的抽出操纵。为了从开关装置的配置#3转到配置#1，必须执行唯一的机电开关单元2的插入操纵。

根据配置#4，开关单元1、2二者都处于抽出状况。在这种情况下，根据需要，开关单元1、2中的每一个可以处于测试位置或处于完全抽出位置。

为了从开关装置的配置#2转到配置#4，必须执行唯一的机电开关单元2的抽出操纵。为了从开关装置的配置#4转到配置#2，必须执行唯一的机电开关单元2的插入操纵。

为了从开关装置的配置#3转到配置#4，必须执行唯一的SSCB开关单元1的抽出操纵。为了从开关装置的配置#4转到配置#3，必须执行唯一的SSCB开关单元1的插入操纵。

原则上，开关装置100可以根据需要采用上面提到的任何配置。

但是，根据本发明，只有在开关单元1、2处于一定的操作状况下，更具体而言处于断开状况OFF下，才可以执行开关单元1、2的抽出操纵。

方便地，控制器3被配置为如果所述开关单元处于闭合状况ON，就防止第一致动布置7将第一开关单元1从插入状况A移动到抽出状况B。

但是，本发明的重要方面在于，控制器3被配置为不仅取决于开关单元1的操作状况而且还取决于机电开关单元2的操作状况来允许或防止开关单元1的抽出操纵。

换句话说，根据本发明，控制器3被配置为根据第一开关单元1和机电开关单元2两者的操作状况来允许或防止第一致动布置7执行SSCB开关单元1的抽出操纵。

根据本发明，控制器3因此被配置为：

-如果第一开关单元1和第二开关单元2中的至少一个处于闭合状况ON，那么防止第一致动布置7将第一开关单元1从插入状况A移动到抽出状况B；

-如果第一开关单元1和第二开关单元2二者都处于断开状况OFF，那么允许第一致动布置7在被用户激活时将第一开关单元1从插入状况A移动到抽出状况B。

换句话说，控制器3被配置为，如果满足以下状况之一，那么防止第一致动布置7执行SSCB开关单元1的抽出操纵：

-SSCB开关单元1处于闭合状况ON；或者

-机电开关单元2处于闭合状况ON；或者

-SSCB开关单元1和机电开关单元2二者都处于闭合状况ON。

另一方面，控制器3被配置为当(且仅当)满足以下状况时才允许第一致动布置7执行SSCB开关单元1的抽出操纵：

-SSCB开关单元1和机电开关单元2二者都处于断开状况OFF。

为了防止第一致动布置7将SSCB开关单元1从插入状况A移动到抽出状况B，控制器3命令第一使能部件72停用第一命令部件71。因此，如果用户试图激活第一命令部件71，那么第一致动部件70不致动SSCB开关单元2以执行抽出操纵。

为了允许第一致动布置7将SSCB开关单元1从插入状况A移动到抽出状况B，控制器3命令第一使能部件72使能第一命令部件71。因此，如果用户激活第一命令部件71，那么第一致动部件70致动SSCB开关单元2以执行抽出操纵。

优选地，控制器3被配置为当所述控制器从激活感测部件73接收到指示第一命令部件71的激活的感测信号S2时将SSCB开关单元1维持在断开状况OFF。以这种方式，一旦发起或已经执行抽出操纵，控制器3就方便地防止开关单元1返回闭合状况。

根据本发明的另一方面，第二致动装置8适于如果第二开关单元2处于断开状况OFF则在被用户激活时将第二开关单元2从插入状况A移动到抽出状况B，并且第二致动装置8适于如果机电开关单元2处于闭合状况ON则在被用户激活时不将机电开关单元2从插入状况A移动到抽出状况B。

第二使能部件82适于当开关单元2的电极2A的电触头20处于耦合状态时，即，当开关单元2的电极2A的可移动触头与对应的固定触头处于耦合位置时，停用第二命令部件81。因此，即使用户试图激活第二命令部件81，第二致动部件80也不会致动机电开关单元2以执行抽出操纵。

第二使能部件82适于在开关单元2的电极2A的电触头20处于解耦状态时，即，在开关单元2的电极2A的可移动触头与对应的固定触头分离时，使能第二命令部件81。因此，如果用户激活第二命令部件81，那么第二致动部件80致动机电开关单元2以执行抽出操纵。

根据本发明的另一方面，控制器3被配置为实现特别的控制逻辑，以通过控制开关单元1、2的操作来控制开关装置100的操作。

根据这样的控制逻辑，当第一开关单元1和机电开关单元2处于插入状况A时，它们可以组合采用仅特定的操作配置，每个配置与开关装置100的预定义的给定操作状态对应(图3)。

优选地，控制器3被配置为仅根据以下操作配置控制开关单元1、2，以使得开关单元1、2可以组合操作：

-第一操作配置[I]，其中开关单元1、2二者都处于闭合状况ON；或者

-第二操作配置[X]，其中SSCB开关单元1处于断开状况OFF，并且机电开关单元2处于闭合状况ON；或者

-第三操作配置[O]，其中开关单元1、2二者都处于断开状况OFF。

当开关单元1、2根据第一操作配置[I]操作时，允许线路电流流过开关单元1、2的电极1A、2A。因此，电气线路50的第一线路导体51和第二线路导体52之间存在电连续性。因此，开关单元1、2的第一操作配置[I]与开关装置100的闭合状态对应。

当开关单元1、2根据第二操作配置[X]操作时，由于第一开关单元1处于断开状况OFF，因此不允许线路电流沿着开关单元1、2的电极1A、2A流动。电气线路50的第一线路导体51和第二线路导体52因此断连。但是，由于机电开关单元2处于闭合状况ON，因此在线路导体51、52之间不存在流电绝缘，并且影响固态开关10的漏电流仍然可以沿着电极1A、2A流动。开关单元1、2的第二操作配置[X]与开关装置100的待机状态对应，该待机状态介于闭合状态和断开状态之间。

当开关单元1、2根据第三操作配置[O]操作时，由于开关单元1、2二者都处于断开状况OFF，因此不允许线路电流和可能的漏电流沿着开关单元1、2的电极1A、2A流动。电气线路50的第一线路导体51和第二线路导体52断连，并且确保所述线路导体之间的流电绝缘。因此，开关单元1、2的第三操作配置[O]与开关装置100的断开状态对应。

优选地，控制器3被配置为响应于接收到指示开关装置100的期望操作状态的上面提到的输入命令CM1、CM2、CM3而命令开关单元1、2从一个操作配置切换到另一个。

但是，根据由控制器3实现的控制逻辑，开关单元1、2的操作配置之间的任何转变都必须始终涉及第二操作配置[X]，该第二操作配置[X]与开关装置100的待机状态对应(图2)。

换句话说，控制器3被配置为控制开关单元1、2，以防止开关单元1、2的第一操作配置[I]和第三配置[O]之间的任何直接转变。

优选地，当开关单元1、2处于第一操作配置[I]时(与开关装置100的闭合状态对应)，响应于接收到指示开关装置100的期望操作状态的输入命令CM2、CM3，控制器3命令开关单元1、2切换成第二操作配置[X](与开关装置100的待机状态对应)。

在实践中，根据由控制器3实现的控制逻辑，开关单元1、2可以仅通过第二操作配置[X]从第一操作配置[I]切换成另一操作配置。

当开关装置100处于闭合状态时(开关单元1、2的第一操作配置[I])，响应于接收到指示期望的不同操作状态的输入命令CM2、CM3，该开关装置100可以仅通过待机状态(开关单元1、2的第二操作配置[X])切换成另一操作状态。

优选地，当开关单元1、2处于第二操作配置[X]时(与开关装置100的待机状态对应)，响应于接收到指示开关装置100的期望操作状态的输入命令CM1、CM3，控制器3命令开关单元1、2切换成第一操作配置[I](与开关装置100的闭合状态对应)或切换成第三操作配置[O](与开关装置100的断开状态对应)。

在实践中，根据由控制器3实现的控制逻辑，开关单元1、2可以根据接收到的输入命令CM1、CM3从第二操作配置[X]切换成第一操作配置[I]或者切换成第三操作配置[O]。

当开关装置100处于待机状态时(开关单元1、2的第二操作配置[X])，响应于接收到指示期望的不同操作状态的输入命令CM1、CM3，该开关装置100可以根据接收到的输入命令CM1、CM3切换成闭合状态(开关单元1、2的第一操作配置[I])或者切换成断开状态(开关单元1、2的第三操作配置[O])。

优选地，当开关单元1、2处于第三操作配置[O](与开关装置100的断开状态对应)时，响应于接收到指示开关装置100的期望操作状态的输入命令CM1、CM2，控制器3命令开关单元1、2切换成第二操作配置[X](与开关装置100的待机状态对应)。

在实践中，根据由控制器3实现的控制逻辑，开关单元1、2可以仅通过第二操作配置[X]从第三操作配置[O]切换成另一操作配置。

当开关装置100处于断开状态时(开关单元1、2的第三操作配置[O])，响应于接收到指示期望的不同操作状态的输入命令CM1、CM2，该开关装置100可以仅通过待机状态(开关单元1、2的第二操作配置[X])切换成另一操作状态。

而且根据上面提到的控制逻辑，仅当开关单元1、2二者都处于断开状况OFF时，才可以在被用户激活时执行SSCB开关单元1的抽出操纵。

优选地，控制器3被配置为当开关单元1、2根据上面提到的第一操作状况[I]或所述第二操作配置[X]组合操作时防止第一致动布置7将第一开关单元1从插入状况A移动到抽出状况B。

优选地，控制器3被配置为当开关单元1、2根据上面提到的第三操作状况[O]组合操作时允许第一致动布置7将第一开关单元1从插入状况A移动到抽出状况B。

而且根据上面提到控制逻辑，如果所述开关单元处于断开状况OFF，那么在被用户激活时可以执行机电开关单元2的抽出操纵。

优选地，第二致动布置8适于当开关单元1、2根据上面提到的第一操作状况[I]或所述第二操作配置[X]组合操作时不将第二开关单元2从插入状况A移动到抽出状况B。

优选地，第二致动布置8适于仅当第一开关单元1和第二开关单元2根据所述第三操作配置[O]组合操作时才将第二开关单元2从插入状况A移动到抽出状况B。

相对于现有技术的可用的对应解决方案，本发明的开关装置100提供了相关优点。

与现有技术的已知解决方案不同，开关装置100的控制器3被配置为还检查机电开关单元2的操作状况，以便允许或防止SSCB开关单元1的抽出操纵。

特别地，控制器3被配置为仅当SSCB开关单元1和机电开关单元2都处于断开状况OFF时才允许第一致动布置7执行SSCB开关单元1的抽出操纵。

这个解决方案防止在存在沿着SSCB开关单元的电极1A流动的漏电流的情况下执行SSCB开关单元的抽出操纵，当机电开关单元2处于断开状况OFF时(即使在固态开关处于阻断状态的情况下，开关单元1处于断开状况OFF)，该漏电流仍可以循环。

以这种方式，有可能避免在SSCB开关单元的极触头11、12处的不期望的放电现象，这对于在现场操作的人员可能是非常危险的。

因此，开关装置100相对于现有技术的对应系统以更高的安全水平操作。

根据本发明的一个方面，控制器3被配置为一旦发起或执行抽出操纵就防止SSCB开关单元的意外闭合操纵。显然，这个解决方案进一步提高了开关装置的操作的安全性。

根据本发明的另一方面，第二致动布置8适于仅在机电开关单元2处于断开状况OFF时才执行机电开关单元2的抽出操纵。由于这个解决方案，仅当机电开关单元2在电气线路50的线路导体51、52之间提供流电分离时才可以执行机电开关单元2的抽出操纵，因此在安全性方面具有相关的优点。

根据本发明的一方面，开关装置的控制器3被配置为控制开关单元1、2，从而除了闭合状态(开关单元1、2的第一配置[I])和断开状态(开关单元1、2的第三配置[O])之外开关装置100还可以采取待机状态(开关单元的第二配置[X])。

当开关装置100必须执行断开操纵(即，从闭合状态到断开状态的转变)或闭合操纵(即，从断开状态到闭合状态的转变)时，这样的解决方案允许在开关单元1、2之间放松时间同步约束。

开关装置100因此可以根据稳健的控制逻辑来操作，这允许提高该开关装置100的整体效率。因此，开关装置100确保更高水平的可靠性，而无需实现复杂且昂贵的控制资源。

开关装置100在工业水平生产相对容易，并且相对于现有技术的类似装置可以以有竞争力的成本制造。

Claims (13)

1.一种用于配电网的开关装置(100)，包括：

-一个或多个第一线路端子和第二线路端子(91，92)，所述一个或多个第一线路端子和第二线路端子(91，92)旨在分别电连接到电气线路的对应的第一线路导体和第二线路导体(51，52)；

-具有一个或多个第一电极(1A)的第一开关单元(1)，每个第一电极包括第一极触头(11)、第二极触头(12)以及一个或多个固态开关(10)，所述第一极触头(11)旨在电连接到对应的第一线路端子(91)，所述一个或多个固态开关(10)电连接到所述第一极触头和所述第二极触头并适于在导通状态下或在阻断状态下操作以允许或中断电流流动，

其中，所述第一开关单元(1)可在所述固态开关处于导通状态的闭合状况(ON)与所述固态开关处于阻断状态的断开状况(OFF)之间可逆地切换，

其中，所述第一开关单元(1)可在所述第一极触头与所述第一线路端子(91)耦合的插入状况(A)和所述第一极触头与所述第一线路端子解耦的抽出状况(B)之间可逆地移动；

-具有一个或多个第二电极(2A)的第二开关单元(2)，每个第二电极包括第三极触头(23)、第四极触头(24)以及电触头(20)，所述第三极触头(23)旨在电连接到第一开关单元(1)的对应的第二极触头(12)，所述第四极触头(24)旨在电连接到对应的第二线路端子(92)，所述电触头(20)电连接到所述第三极触头和所述第四极触头并适于在耦合状态下或在解耦状态下操作以允许或中断电流流动，

其中，所述第二开关单元(2)可在所述电触头处于耦合状态的闭合状况(ON)和所述电触头处于解耦状态的断开状况(OFF)之间可逆地切换，

其中，所述第二开关单元(2)可在所述第四极触头与所述第二线路端子(92)耦合的插入状况(A)和所述第四极触头(24)与所述第二线路端子解耦的抽出状况(B)之间可逆地移动；

-第一致动布置(7)，所述第一致动布置(7)适于在被用户激活时在所述第一开关单元的至少抽出操纵期间致动所述第一开关单元(1)；

-第二致动布置(8)，所述第二致动布置(8)适于在被用户激活时在所述第二开关单元的至少抽出操纵期间致动所述第二开关单元(2)；

-控制器(3)，所述控制器(3)适于控制所述开关装置的操作；其特征在于，所述控制器(3)被配置为：

-如果所述第一开关单元和所述第二开关单元(1，2)中的至少一个处于闭合状况(ON)，那么在被用户激活时，防止所述第一致动布置(7)将所述第一开关单元(1)从插入状况(A)移动到抽出状况(B)；

-如果所述第一开关单元和所述第二开关单元(1，2)二者都处于断开状况(OFF)，那么在被用户激活时，允许所述第一致动布置(7)将所述第一开关单元(1)从插入状况(A)移动到抽出状况(B)。

2.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述第一致动布置(7)包括第一致动部件(70)、第一命令部件(71)以及第一使能部件(72)，所述第一致动部件(70)操作上耦合到所述第一开关单元(1)，所述第一命令部件(71)可由用户激活以命令所述第一致动部件将所述第一开关单元从插入状况(A)移动到抽出状况(B)，所述第一使能部件(72)适于响应于由所述控制器(3)接收到的控制信号(C)而使能或停用所述第一命令部件。

3.根据权利要求2所述的开关装置，其特征在于，所述第一致动布置(7)包括激活感测部件(73)，所述激活感测部件适于向所述控制器(3)提供指示用户对所述第一命令部件(71)的激活的感测信号(S1)。

4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关装置，其特征在于，所述第二致动布置(8)适于仅当所述第二开关单元(2)处于断开状况(OFF)时才在被用户激活时将所述第二开关单元(2)从插入状况(A)移动到抽出状况(B)。

5.根据权利要求4所述的开关装置，其特征在于，所述第二致动布置(8)包括第二致动部件(80)、第二命令部件(81)以及第二使能部件(82)，所述第二致动部件(80)操作上耦合到所述第二开关单元(2)，所述第二命令部件(81)可由用户激活以命令所述第二致动部件将所述第二开关单元从插入状况(A)移动到抽出状况(B)，所述第二使能部件(82)适于根据所述第二开关单元的电触头(20)的操作状态来使能或停用所述第二命令部件。

6.根据权利要求5所述的开关装置，其特征在于，所述第二使能部件(82)适于：

-如果所述第二开关单元(2)的电触头(20)处于耦合状态，那么停用所述第二命令部件(81)；

-如果所述第二开关单元的电触头处于解耦状态，那么使能所述第二命令部件。

7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关装置，其特征在于，所述控制器(3)被配置为控制所述第一开关单元和所述第二开关单元(1，2)的操作状况，以使所述第一开关单元和所述第二开关单元根据以下操作配置组合地操作：

-与所述开关装置的闭合状态对应的第一操作配置([I])，在所述第一操作配置([I])中，所述第一开关单元和所述第二开关单元(1，2)二者都处于闭合状况(ON)；或者

-与所述开关装置的待机状态对应的第二操作配置([X])，在所述第二操作配置([X])中，所述第一开关单元(1)处于断开状况(OFF)并且所述第二开关单元(2)处于闭合状况(ON)；或者

-与所述开关装置的断开状态对应的第三操作配置([O])，在所述第三操作配置([O])中，所述第一开关单元和所述第二开关单元(1，2)二者都处于断开状况(OFF)。

8.根据权利要求7所述的开关装置，其特征在于，所述控制器(3)被配置为：

-如果所述第一开关单元和所述第二开关单元(1，2)根据所述第一操作配置([I])或以所述第二操作配置([X])组合操作，那么防止所述第一致动布置(7)将所述第一开关单元(1)从插入状况(A)移动到抽出状况(B)；

-如果所述第一开关单元和所述第二开关单元(1，2)根据所述第三操作配置([O])组合操作，那么在被用户激活时，允许所述第一致动设备(7)将所述第一开关单元(1)从插入状况(A)移动到抽出状况(B)。

9.根据权利要求4至7和权利要求8中的一项所述的开关装置，其特征在于，所述第二致动布置(8)适于仅当所述第一开关单元和所述第二开关单元(1，2)根据所述第三操作配置([O])组合操作时才在被用户激活时将所述第二开关单元(2)从插入状况(A)移动到抽出状况(B)。

10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关装置，其特征在于，所述控制器(3)包括接口段(33)，所述接口段(33)包括适于接收指示所述开关装置的期望操作状态的输入命令(CM1，CM2，CM3)的一个或多个输入端口。

11.根据权利要求10所述的开关装置，其特征在于，所述开关装置包括与所述接口段(33)通信的人机接口(5)，所述人机接口适于在与用户交互时提供所述输入命令(CM1，CM2，CM3)。

12.根据权利要求10或11所述的开关装置，其特征在于，所述接口段(33)能够从远程的计算机化设备(9)接收所述输入命令(CM1，CM2，CM3)。

13.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关装置，其特征在于，所述控制器(3)被包括在所述第一开关单元(1)中。

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