CN115036171A - 中压开关装置 - Google Patents
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Abstract
本公开的各实施例涉及一种中压开关装置，开关装置包括一个或多个电极，其中对于每个电极，开关装置包括：第一极端子、第二极端子和接地端子，第一极端子能够与电线的第一导体电耦合，第二极端子能够被电耦合到电线的第二导体并且接地端子能够被电耦合到接地导体；第一固定触头构件和第一可移动触头构件，第一固定触头构件被电连接到第一极端子，第一可移动触头构件被电连接到第二极端子；第二固定触头构件和第二可移动触头构件，第二固定触头构件被电连接到第一极端子，第二可移动触头构件包括第二可移动触头；真空室，第二固定触头和第二可移动触头被封闭在真空室中并且能够被耦合或被解耦；运动传动机构，用于致动第二可移动触头构件。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于中压电力系统的开关装置，更具体地涉及一种用于中压电力系统的负载断路开关。
背景技术
负载断路开关在现有技术中是众所周知的。
这些开关装置通常用于二次配电网，能够在指定电路条件(通常是额定或过载条件)下提供断路功能(即，断开和产生电流)以及提供电路断开连接功能(即，将电路的负载侧部分接地)。
大多数现有技术的传统负载断路开关都将其电极浸入六氟化硫(SF6)气氛中，因为这种绝缘气体能够确保在带电部件之间的介电绝缘和电流中断时的灭弧能力方面具有出色的性能。
然而，众所周知，SF6是一种强大的温室气体，并且出于环境保护目的，其使用受到严格的限制。为此，多年来，人们付出了相当大的努力来开发和设计不采用SF6作为绝缘气体的负载断路开关。
已经开发了一些负载断路开关，其中电极被浸入加压干燥空气或环境友好的绝缘气体中，诸如氧气、氮气、二氧化碳和/或氟化气体的混合物。不幸的是，经验表明，这些开关装置通常没有表现出完全令人满意的性能，尤其是在灭弧能力方面。
对于每个电极，其他当前可用的负载断路开关采用在极端子之间并联电连接的不同触头布置。
触头布置具有在充满环保绝缘气体或空气的气氛中操作的电触头，并且它被设计用于承载沿电极流动的大部分电流以及驱动可能的开关操作。
相反，另一种触头布置具有在真空气氛中工作的电触头，并且它专门被设计用于熄灭沿电极流动的电流中断时产生的电弧。
这些开关装置已经被证明能够确保相对较低的环境影响，同时在介电绝缘和灭弧能力方面提供高级别的性能。然而，直到现在，它们采用复杂的解决方案来管理和协调上述多个触头布置的操作。因此，它们在结构紧凑性和操作可靠性方面仍然表现不佳。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种允许解决或减轻上述技术问题的用于MV电力系统的开关装置。
更具体地，本发明的目的是提供一种在电流断开过程期间确保在介电绝缘和灭弧能力方面的高水平性能的开关装置。
本发明的另一目的是提供一种在操作中表现出高水平可靠性的开关装置。
本发明的另一目的是提供一种具有高度紧凑和结构简单的电极的开关装置。
本发明的另一目的是提供一种能够在工业水平上容易地制造并且成本相对于现有技术的解决方案具有竞争力的开关装置。
为了实现这些目标和目的，本发明提供了一种根据以下权利要求1和相关的从属权利要求的开关装置。
在一般定义中，本发明的开关装置包括一个或多个电极。
对于每个电极，开关装置包括第一极端子、第二极端子和接地端子。在操作中，第一极端子能够被电耦合到电线的第一导体，第二极端子能够被电耦合到所述电线的第二导体，并且接地端子能够被电耦合到接地导体。
对于每个电极，开关装置包括第一固定触头构件和第一可移动触头构件。
第一固定触头构件被电连接到第一极端子并且包括第一固定触头。
第一可移动触头构件被电连接到第二极端子并且包括第一可移动触头。
第一可移动触头构件能够根据第一旋转方向或根据第二旋转方向绕对应第一旋转轴线可逆地移动，第一旋转方向远离第一固定触头并且朝向上述接地端子定向，第二旋转方向与所述第一旋转方向相对并且因此远离接地端子并且朝向第一固定触头定向。
由于第一可移动触头构件能够绕上述第一旋转轴线移动，因此第一可移动触头能够被耦合到第一固定触头或与第一固定触头解耦，或者被耦合到接地端子或与接地端子解耦。
对于每个电极，开关装置包括第二固定触头构件和第二可移动触头构件。
第二固定触头构件被电连接到第一极端子并且包括第二固定触头。
第二可移动触头构件包括第二可移动触头并且能够沿对应平移轴线可逆地移动。
由于第二可移动触头构件能够沿上述平移轴线移动，因此第二可移动触头能够被耦合到第二固定触头或与第二固定触头解耦。特别地，第二触头构件能够沿上述平移轴线在耦合位置与解耦位置之间可逆地移动，在该耦合位置，所述第二可移动触头被耦合到所述第二固定触头，在该解耦位置，所述第二可移动触头与所述第二固定触头解耦。
对于每个电极，开关装置包括真空室，上述第二固定触头和第二可移动触头被封闭在真空室中并且被耦合或解耦。
根据本发明，开关装置对于每个电极包括用于致动所述电极的第二可移动触头构件的运动传动机构。
这种运动传动机构包括：
-凸轮部件，绕第二旋转轴线可移动并且被耦合到第二可移动触头构件。当所述凸轮构件绕所述第二旋转轴线旋转时，所述凸轮构件适于在第二可移动触头构件上施加致动力，以沿所述平移轴线在上述第一耦合位置与第二耦合位置之间移动所述第二可移动触头构件。所述凸轮构件导电并且电连接到所述第二可移动触头构件；
-第一杠杆臂，被耦合到所述凸轮构件并且相对于所述第二旋转轴线径向延伸。所述第一杠杆臂导电并且电连接到所述第二可移动触头构件；
-第二杠杆臂，被耦合到所述凸轮构件并且相对于所述第二旋转轴线径向延伸并且相对于所述第一杠杆臂成角度地间隔开。
在开关装置的断开或闭合操作期间，在由第一可移动触头构件对第一杠杆臂或第二杠杆臂的致动时，所述凸轮构件能够在第一开关位置与第二开关位置之间可逆地移动，第一开关位置对应于第二可移动触头构件的耦合位置，第二开关位置对应于第二可移动触头构件的解耦位置。
根据本发明的一方面，在开关装置的断开操作期间，当第一可移动触头构件根据第一旋转方向移动时，第一可移动触头构件耦合到第一杠杆臂并且致动第一杠杆臂以将凸轮构件从第一开关位置移动到第二开关位置。
根据本发明的一方面，在开关装置的闭合操作期间，当第一可移动触头构件根据第二旋转方向移动时，第一可移动触头构件耦合到第二杠杆臂并且致动第二杠杆臂以将凸轮构件从第二开关位置移动到第一开关位置。
根据本发明的一方面，当第一可移动触头构件耦合到第一杠杆臂时，运动传动机构将第二可移动触头构件与第一可移动触头构件电连接。
根据本发明的一方面，凸轮构件包括一个或多个耦合表面与第二可移动触头构件。所述耦合表面具有相对于第二旋转轴线的偏心轮廓。
优选地，第一杠杆臂至少部分由导电材料制成。
优选地，第一杠杆臂包括主体和导电元件，导电元件被耦合到主体并且与所述凸轮构件电连接、或与被电连接到凸轮构件的主体的导电部分电连接。当第一可移动触头构件被耦合到第一杠杆臂时，所述导电元件与第一可移动触头构件接触。
优选地，第二杠杆臂由电绝缘材料制成。
优选地，运动传动机构包括偏置装置，该偏置装置用于当第一杠杆臂或第二杠杆臂被第一可移动触头构件致动时有利于所述凸轮构件切换到所述第一开关位置或所述第二开关位置。
附图说明
本发明的其他特征和优点将从根据本发明的开关装置的优选但非排他性实施例的描述中显现，其非限制性示例在附图中提供，在附图中：
-图1至图4是根据本发明的开关装置的实施例的示意图；
-图5是根据本发明的开关装置的另一实施例的示意图；以及
-图6至图12是图示了根据本发明的开关装置的操作的示意图。
具体实施方式
参考附图，本发明涉及一种用于中压电力系统的开关装置1。
出于本申请的目的，术语“中压”(MV)涉及配电级的工作电压，其高于1kV AC和1.5kV DC直至几十kV，例如高达72kV AC和100kV DC。
开关装置1特别适于作为负载断路开关操作。因此，它被设计用于在指定电路条件(额定或过载条件)下提供断路功能以及电路断开连接功能，特别是将电路的负载侧部分接地。
开关装置1包括一个或多个电极2。
优选地，开关装置1是多相(例如，三相)类型的，并且包括多个(例如，三个)电极2。
优选地，开关装置1包括绝缘外壳4，该绝缘外壳4便利地限定其中容纳有电极2的内部容积。
优选地，绝缘外壳4具有沿主纵向轴线(图1)形成的细长形状(例如，基本柱形)。电极2沿垂直于开关装置的主纵向轴线的对应横向平面并排布置。
通常，开关装置的绝缘外壳4可以根据已知类型的解决方案来实现。因此，在下文中，为了简洁起见，将仅关于本发明的感兴趣方面对其进行描述。
开关装置1的内部容积填充有加压干燥空气或对环境影响较低的其他绝缘气体，诸如氧气、氮气、二氧化碳和/或氟化气体的混合物。
对于每个电极2，开关装置1包括第一极端子11、第二极端子12和接地端子13。
第一极端子11适于被电耦合到电线的第一导体(例如，被电连接到等效电源的相导体)，第二极端子12适于被电连接到电线的第二导体(例如，被电连接到等效电负载的相导体)，而接地极端子13适于被电连接到接地导体。
通常，开关装置的每个电极2的端子11、12、13可以根据已知类型的解决方案来实现。因此，在下文中，为了简洁起见，将仅关于本发明的感兴趣方面对其进行描述。
对于每个电极2，开关装置1包括导电的第一固定触头构件5A，第一固定触头构件5A至少包括第一固定触头5。
第一固定触头构件5A至少部分由导电材料制成，并且被电连接到第一极端子11。如所引用的附图所示，第一固定触头构件5A可以便利地由导电材料的细长片形成，该细长片具有被耦合到第一极端子11的一端和相对的叶片形自由端(图4)，该自由端形成第一固定触头5。
然而，原则上，第一固定触头构件5A可以根据已知类型的其他解决方案(例如，根据包括多个固定触头的多叶片配置)来实现，为了简洁起见，在此不对其进行详细描述。
对于每个电极2，开关装置1包括第一可移动触头构件6A，第一可移动触头构件6A至少包括第一可移动触头6。
第一可移动触头构件6A至少部分由导电材料制成，并且被电连接到第二极端子12。
第一可移动触头构件6A能够绕对应第一旋转轴线A1(沿给定的旋转平面)可逆地移动，第一旋转轴线A1基本上平行于开关装置的主纵向轴线。
第一可移动触头构件6A能够根据第一旋转方向R1或根据第二旋转方向R2旋转，第一旋转方向R1远离第一固定触头5并且朝向接地端子13定向，第二旋转方向R2与第一旋转方向R1相对并且远离接地端子13并且朝向第一固定触头5定向。
参考图2的观察平面，上述第一旋转方向R1为顺时针方向，而上述第二旋转方向R2为逆时针方向。
如下文将更好地说明，第一可移动触头构件6A在开关装置的断开操作或断开连接操作期间根据第一旋转方向R1移动，而在开关装置的闭合操作或重新连接操作期间根据第二旋转方向R2移动。
由于第一可移动触头构件6A能够绕第一旋转轴线A1可逆地移动，因此第一可移动触头6能够被耦合到第一固定触头5或与第一固定触头5解耦，或者第一可移动触头6能够被耦合到接地端子13或与接地端子13解耦。
如所引用的附图(图4)所示，第一可移动触头构件6A优选地由一对导电材料叶片形成。每个叶片的一端在第一旋转轴线A1处铰接到对应电极的第二端子12，并且相对端形成可移动触头6。以这种方式，每个可移动触头6能够被耦合到第一固定构件5A的叶片形部分的对应耦合表面或与其解耦，以形成第一固定触头5。
然而，原则上，第一可移动触头构件6A可以根据已知类型的其他解决方案(例如，根据包括单个可移动触头的单叶片构造)来实现，为了简洁起见，在此不对其进行详细描述。
从下面可以看出，对于每个电极2，电触头5、6作为主电触头操作，当开关装置处于闭合状态或在断开操作的初始阶段时，在第一极端子11与第二极端子12之间流动的电流IL穿过该主电触头。
优选地，开关装置1包括致动组件，该致动组件提供合适的致动力以致动电极的可移动触头构件6A(图1)。
优选地，这样的致动组件包括由电绝缘材料制成的运动传动轴30，该运动传动轴30能够绕第一旋转轴线A1旋转并且被耦合到电极2的第一可移动触头构件6A。
运动传动轴30因此提供旋转机械力以在开关装置的操作期间致动第一可移动触头构件6A。
如所引用的附图所示，运动传动轴30可以包括合适的耦合座30A，第一可移动触头构件6A被容纳在耦合座30A中并且牢固地被耦合到运动传动轴。
致动组件3优选地包括致动器31，致动器31通过合适的运动链32耦合到传动轴3。致动器31可以是例如机械致动器、电动机或电磁致动器。
通常，开关装置的致动组件3可以根据已知类型的解决方案来实现。因此，在下文中，为了简洁起见，将仅关于本发明的感兴趣方面对其进行描述。
对于每个电极2，开关装置1包括第二固定触头构件8A，第二固定触头构件8A至少包括第二固定触头8。
第二固定触头构件8A至少部分由导电材料制成，并且被电连接到第一极端子11。优选地，第二固定触头构件8A沿相同参考平面(例如，第一可移动触头构件6A的旋转平面)平行于第一固定触头构件5A定位。
第二固定触头构件8A优选地由导电材料的细长片形成，该细长片具有被耦合到第一极端子11的一端和形成第二固定触头8的相对的自由端。
然而，原则上，第二固定触头构件8A可以根据已知类型的其他解决方案(例如，多叶片配置)来实现，为了简洁起见，在此不对其进行详细描述。
对于每个电极2，开关装置1包括第二可移动触头构件9A，第二可移动触头构件9A至少包括第二可移动触头9。
第二可移动触头构件9A能够沿对应平移轴线A可逆地移动，该平移轴线A优选地沿相同参考平面(例如，第一可移动触头构件6A的旋转平面)平行于第一固定触头构件5A并且垂直于第一可移动触头构件6A的旋转轴线A1。
第二可移动触头构件9A能够沿位移轴线A可逆地移动，使得第二可移动触头9能够被耦合到第二固定触头8或与第二固定触头8解耦。具体地，第二可移动触头构件9A能够沿位移轴线A在耦合位置P1与解耦位置P2之间可逆地移动，在耦合位置P1，第二可移动触头9被耦合到第二固定触头8，在解耦位置P2，第二可移动触头9与第二固定触头8解耦。
第二可移动触头构件9A优选地由导电材料的细长片形成，该细长片具有被耦合到另一机械元件70的一端90和形成第二可移动触头9的相对的自由端。
然而，原则上，第二移动触头构件9A可以根据已知类型的其他解决方案(例如，多叶片配置)来实现，为了简洁起见，在此不对其进行详细描述。
从下面可以看出，对于电极2，电触头8、9作为分流电触头操作，至少部分在开关装置的断开操作的某些瞬时阶段期间，在第一极端子11与第二极端子12之间流动的电流IL通过该分流电触头被偏离。
根据本发明，对于每个电极2，开关装置1包括真空室10，在该真空室10中存在真空气氛。
便利地，第二固定触头8和第二可移动触头9封闭在真空室10内，并且它们在所述真空室内相互耦合或解耦，因此永久地浸入真空气氛中。
真空室10可以根据已知类型的解决方案来实现。因此，在下文中，为了简洁起见，将仅关于本发明的感兴趣方面对其进行描述。
根据本发明，对于每个电极2，开关装置1包括用于致动第二可移动触头构件9A的运动传动机构7。
运动传动机构7包括凸轮构件70，凸轮构件70优选地在固定支撑件(未示出)(例如，绝缘外壳4)上转动。
凸轮构件70能够根据第三旋转方向R3或与所述第三旋转方向相对的第四旋转方向R4绕第二旋转轴线A2可逆地移动。
参考图2的观察平面，上述第三旋转方向R3为逆时针方向，而上述第四旋转方向R4为顺时针方向。
凸轮构件70被耦合到第二可移动触头构件9A，并且被布置成使得当凸轮构件70绕第二旋转轴线A2旋转时，凸轮构件70在第二可移动触头构件9A上施加致动力。所述致动力沿平移轴线A定向并且在上述第一耦合位置P1与第二耦合位置P2之间可逆地移动第二可移动触头构件9A。
根据本发明的一些实施例，凸轮构件70包括一个或多个耦合表面70A与第二可移动触头构件9A，一个或多个耦合表面70A便利地具有相对于第二旋转轴线A2的偏心轮廓。以这种方式，当凸轮构件70绕第二旋转轴线A2旋转时，凸轮构件70能够沿平移轴线A移动第二可移动触头构件9A。
图3示出了本发明的实施例，其中凸轮构件70包括一对平行盘701，该对平行盘701由耦合销702连接，该耦合销702沿第二旋转轴线A2布置并且在所述固定支撑件(未示出)上转动。
每个盘701包括槽703，该槽703具有相对于第二旋转轴线A2的偏心轮廓并且优选地被布置在所述盘的外边缘附近。
在自由端90处，第二可移动触头构件9A包括从所述第二可移动触头构件的相对侧突出的一对销90A。每个销90A便利地被耦合到盘701的对应槽703。
显然，限定槽703的盘701的表面与第二可移动触头构件9A形成耦合表面70A，耦合表面70A便利地具有相对于第二旋转轴线A2的偏心轮廓。
本领域技术人员当然能够理解，凸轮构件70可以根据落入本发明的范围内的各种不同类型的解决方案来实现。
作为示例，凸轮构件70可以包括单个盘701，该单个盘701如图3所示布置并且被耦合到从第二可移动触头构件9A的自由端90突出的单个销90A。
作为另一示例，凸轮构件70可以由具有相对于第二旋转轴线A2的偏心形状的实心体形成。
作为另一示例，凸轮构件70可以包括一个或多个运动传动元件，该一个或多个运动传动元件通过合适的曲柄臂类型的运动链耦合到第二可移动触头构件9A。
凸轮构件70导电并且被电连接到第二可移动触头构件9A。
优选地，凸轮构件70由一块或多块成形的导电材料制成。
作为备选方案，凸轮构件70还可以包括由电绝缘材料制成的部件，前提是确保朝向第二可移动触头构件9A的导电路径。
运动传动机构7包括第一杠杆臂71和第二杠杆臂72，第一杠杆臂71和第二杠杆臂72被耦合到凸轮构件70并且相对于第二旋转轴线A2径向延伸。
如所引用的附图所示，每个杠杆臂71、72由细长的材料件形成，该材料件具有被耦合到凸轮构件70的耦合端711、721和相对于所述凸轮构件处于远侧位置的相对的自由端712、722。
参考图3所示的实施例，杠杆臂71、72具有被耦合到凸轮构件70的附加耦合销705的耦合端711、721(优选地具有互补形状)，该附加耦合销705将平行盘701连接在这些耦合端711、721的外边缘附近。
附加耦合销705便利地沿平行于第二旋转轴线A2的轴线布置。
作为备选方案，杠杆臂71、72可以具有直接被链接到凸轮构件70的耦合销702的耦合端711、721。
便利地，第一杠杆臂71和第二杠杆臂72彼此成角度地间隔开，例如在垂直于第二旋转轴线A2的参考平面上测量的角度为90°。
便利地，第一杠杆臂71导电并且被电连接到凸轮构件70。以这种方式，确保存在从第一杠杆臂71到第二可移动触头构件9A的电路径，该电路径穿过凸轮构件70。
根据本发明的一些实施例，第一杠杆臂71由导电材料制成。
作为备选方案，第一杠杆臂71还可以包括由电绝缘材料制成的部件，前提是确保存在朝向凸轮构件70的导电路径。
根据本发明的其他实施例(图5)，第一杠杆臂71包括主体713和被耦合到所述主体的导电元件714，优选地以从所述主体突出的方式。
导电元件714与凸轮构件70(例如，附加的耦合销705)或与主体713的导电部分电连接，该导电部分又与凸轮构件70电连接。
导电元件714便利地被布置为使得当第一可移动触头构件6A被耦合到第一杠杆臂71时，导电元件714与第一可移动触头构件6A接触。
以这种方式，当第一可移动触头构件6A被耦合到第一杠杆臂71时，确保在第一可移动触头构件6A与第二可移动触头构件9A之间存在穿过第一杠杆臂71和凸轮构件70的导电路径。
优选地，导电元件714由具有自由端和相对端的片簧制成，该片簧被链接到凸轮构件70或第一杠杆臂71的另一导电部分。
该解决方案是非常有利的，因为它确保在开关装置的操作期间第一可移动触头构件6A与第一杠杆臂71之间的软化耦合，并且同时确保与第二可移动触头构件9A的电连接。
由于导电元件76确保存在朝向凸轮构件70的导电路径，所以根据本发明的这些实施例，第一杠杆臂71的主体713可以由电绝缘材料一体地制成。
然而，也在本发明的这些实施例中，第一杠杆臂71仍然可以至少部分由导电材料制成，如上所述。
优选地，所述第二杠杆臂72由电绝缘材料制成。
根据本发明，凸轮构件70在第一开关位置S1与第二开关位置S2之间可移动，第一开关位置S1对应于第二可移动触头构件9A的耦合位置P1，第二开关位置S2对应于第二可移动触头构件9A的解耦位置P2。
凸轮构件70到第一开关位置S1或第二开关位置S2的切换在开关装置的断开或闭合操作期间在第一可移动触头构件6A对第一杠杆臂71或第二杠杆臂72的致动时发生。
根据本发明的优选实施例，在开关装置的断开操作期间，当第一可移动触头构件6A根据第一旋转方向R1移动时，第一可移动触头构件6A耦合到第一杠杆臂71并且致动第一杠杆臂71以根据第三旋转方向R3将凸轮构件70从第一开关位置S1移动到第二开关位置S2。
由于第一电动臂71导电并且与凸轮构件70电连接，而凸轮构件70进而导电并且与第二可移动触头构件9A电连接，因此当第一可移动触头构件6A被耦合到第一杠杆臂71时，运动传动机构7将第二可移动触头构件9A与第一可移动触头构件6A电连接。
便利地，在开关装置的闭合操作期间，当第一可移动触头构件根据第二旋转方向R2移动时，第一可移动触头构件6A耦合到第二杠杆臂72并且致动第二杠杆臂72以根据第四旋转方向R4将凸轮构件70从第二开关位置S2移动到第一开关位置S1。
在这种情况下，例如由于第二电臂72优选地由电绝缘材料制成的事实，当第一可移动触头构件6A被耦合到第二杠杆臂72时，运动传动机构7在第二可移动触头构件9A与第一可移动触头构件6A之间提供电流隔离。
优选地，运动传动机构7包括偏置装置75，该偏置装置75用于当第一杠杆臂71或第二杠杆臂72被第一可移动触头构件6A致动时有利于凸轮构件70到第一开关位置S1或所述第二开关位置S2的切换。
便利地，在开关装置的断开期间，偏置装置75与第一可移动触头构件6A协作以致动第一杠杆臂71，同时凸轮构件70根据第三旋转方向R3从第一开关位置S1移动到第二开关位置S2。
类似地，在开关装置的闭合操作期间，偏置装置75与第一可移动触头构件6A协作以致动第二杠杆臂72，同时凸轮构件70根据第四旋转方向R4从第二开关位置S2移动到第一开关位置S1。
根据本发明的一些实施例，偏置装置75可以是机械类型的。在这种情况下(图3)，它们可以包括被耦合到凸轮构件70(例如，在耦合销702处)和固定支撑件的一个或多个绝缘弹簧(例如，绝缘外壳4或第一固定触头构件)。
作为备选方案(未示出)，偏置装置75可以包括被耦合到第一杠杆臂71和第一固定支撑件的一个或多个第一绝缘弹簧、以及被耦合到第二杠杆臂72和第二固定支撑件的一个或多个第二绝缘弹簧。
根据本发明的其他实施例(未示出)，偏置装置75可以是磁性类型的。在这种情况下，它们可以包括被耦合到第一杠杆臂71和第一固定支撑件的一个或多个第一磁性元件、以及被耦合到第二杠杆臂72和第二固定支撑件的一个或多个第二磁性元件。
根据本发明，在操作中，开关装置1能够在三种不同操作状态下进行切换。
具体地，开关装置1能够切换到：
-闭合状态，在这种状态下，每个电极2具有彼此电连接并且与接地端子13电断开连接的第一极端子11和第二极端子12。当开关装置处于闭合状态时，电流能够沿对应的第一极端子11与第二极端子12之间的每个电极2流动；或者
-断开状态，在这种状态下，每个电极2具有彼此电断开连接的第一极端子11和第二极端子12以及接地端子13。当开关装置处于断开状态时，没有电流沿电极2流动；或者
-接地状态，在这种状态下，每个电极2具有彼此电断开连接的第一极端子11和第二极端子12、以及彼此电连接的第二极端子12和接地端子13。当开关装置处于接地状态时，没有电流能够沿电极2流动。另外，每个电极的第二极端子12(以及因此连接到其的第二线路导体)被置于接地电压。
在操作中，开关装置1能够执行不同类型的操作，每个操作对应于上述操作状态之间的给定转变。
特别地，开关装置1能够执行：
-从闭合状态切换到断开状态时的断开操作；或者
-从断开状态切换到闭合状态时的闭合操作；或者
-从断开状态切换到接地状态时的断开连接操作；或者
-从接地状态切换到断开状态时的重新连接操作。
开关装置1能够通过执行断开操作和随后的断开连接操作从闭合状态切换到接地状态。
类似地，开关装置1能够通过执行重新连接操作和随后的闭合操作从接地状态切换到闭合状态。
为了进行开关装置的上述动作，上述运动传动轴30根据上述第一旋转方向R1或第二旋转方向R2适当地驱动每个电极的第一可移动触头构件6A。.
一般而言，在被运动传动轴52致动时，每个电极的第一可移动触头构件6A能够在第一运行结束位置PA与第二运行结束位置PC之间可逆地移动，第一运行结束位置PA对应于开关装置的闭合状态，第二运行结束位置PC对应于开关装置的接地状态。
便利地，当第一运动传动构件在第一运行结束位置PA与第二运行结束位置PC(图6至图12)之间移动时，第一运动传动构件穿过中间位置PB，该中间位置PB对应于开关装置的断开状态。
现在更详细地描述每个电极2的开关装置1的操作。
开关装置的闭合状态
当开关装置处于闭合状态时，每个电极2处于图6所示的操作状态(第一稳定状态C1)。
在这种情况下，第一可移动触头构件6A处于第一运行结束位置PA，第一可移动触头6被耦合到第一固定触头5并且第二可移动触头9处于耦合位置P1，即，被耦合到第二固定触头8。
凸轮构件70处于第一开关位置S1，并且第一杠杆臂71和第二杠杆臂72与第一可移动触头构件6A解耦。
第一杠杆臂71被定位为使得当第一可移动触头构件6A通过沿第一旋转方向R1旋转而远离第一固定触头构件5A移动时，第一杠杆臂71被第一可移动触头构件6A致动。在实践中，当第一可移动触头构件6A远离第一运行结束位置PA时，第一杠杆臂71沿第一可移动触头构件6A的运动轨迹定位。
当电极2处于第一稳定状态C1时，电流IL能够在第一极端子11与第二极端子12之间流过主电触头5、6。没有电流流过分流电触头8、9。
开关装置的断开状态
当开关装置处于断开状态时，每个电极2处于图9所示的状态(第二稳定状态C2)。
此时，第一可移动触头构件6A处于中间位置PB，第一可移动触头6与第一固定触头5解耦，并且第二可移动触头9处于解耦位置P2，即，与第二固定触头8解耦。
凸轮构件70处于第二开关位置S2，并且第一杠杆臂71和第二杠杆臂72与第一可移动触头构件6A解耦。
当电极2处于第二稳定状态C2时，没有电流在第一极端子11与第二极端子12之间沿电极2流动。
开关装置的接地状态
当开关装置处于接地状态时，每个电极2处于图10所示的状态(第三稳定状态C3)。
在这种情况下，第一可移动触头构件6A处于第二运行结束位置PB，第一可移动触头6与第一固定触头5解耦并且被耦合到接地端子13，并且第二可移动触头9处于解耦位置P2，即，与第二固定触头8解耦。
凸轮构件70处于第二开关位置S2，并且第一杠杆臂71和第二杠杆臂72与第一可移动触头构件6A解耦。
第一可移动触头构件6A将极端子12与接地端子13电连接。
当电极2处于第三稳定状态C3时，没有电流在第一极端子11与第二极端子12之间沿电极2流动并且第二极端子12被置于接地电压。
断开操作
开关装置1在从闭合状态切换到断开状态时执行断开操作。因此，最初，每个电极2处于所述第一稳定状态C1(图6)。
在开关装置的断开操作期间，第一可移动触头构件6A根据第一旋转方向R1在第一运行结束位置PA与中间位置PB之间移动。因此，第一可移动触头构件6A远离对应的第一固定触头构件5A。
当第一可移动触头构件6A开始根据第一旋转方向R1移动时，第一可移动触头6开始与第一固定触头5解耦。
然而，第一杠杆臂71沿其朝向中间位置PB的运动轨迹被定位以使得在初始移动时，在第一可移动触头6与第一固定触头5完全解耦之前，第一可移动触头构件6A与第一杠杆臂71耦合。
在断开操作的这个阶段，在第一可移动触头构件6A的初始移动时，每个电极2因此从第一稳定状态C1(图6)切换到第一瞬时状态C11(图7)，在第一瞬时状态C11下，第一可移动触头6仍然与第一固定触头5耦合，第二可移动触头9处于耦合位置P1，即，被耦合到第二固定触头8，并且第一杠杆臂71被耦合到可移动触头构件6A。在这种情况下，第一杠杆臂71和凸轮构件70将第一可移动触头构件6A与第二可移动触头构件9A(并且因此将第一可移动触头6与第二可移动触头9和第二固定触头5)电连接。
当电极2处于第一瞬时状态C11时，最初沿所述电极流动的电流IL被部分地偏离到分流电触头8、9并且它能够在第一极端子11与第二极端子12之间流动并联地通过主触头5、6和分流触头8、9。显然，大部分电流将沿主电触头5、6流动，因为这样的电路径由于触头构件5A、6A相对于触头构件8A、9A的较大尺寸而具有较低等效电阻。
当第一可移动触头构件6A耦合到第一接触臂71时，第一可移动触头构件6A开始致动第一接触臂71并且根据第三旋转方向R3远离第一开关位置S1并且朝向第二开关位置S2移动凸轮构件70。
当朝向中间位置PB进一步移动时，根据第一旋转方向R1，第一可移动触头6与第一固定触头5完全解耦。同时，第一可移动触头构件6A继续致动第一杠杆臂71并且使凸轮构件70远离第一开关位置S1并且朝向第二开关位置S2移动。在这种情况下，耦合杠杆臂7在第二可移动触头构件9A上施加致动力，该致动力旨在远离第二固定触头构件8A(第一平移方向D1)移动第二可移动触头构件9A。
在断开操作的这个阶段，每个电极2达到第二瞬时状态C12(图8)，在第二瞬时状态C12下，第一可移动触头6与第一固定触头5解耦，第二可移动触头9仍然被耦合到第二固定触头8，并且可移动触头构件6A被耦合到第一杠杆臂71。
在这种情况下，最初沿所述电极流动的电流IL完全偏离到分流电触头8、9，因为没有电流能够流过主电触头5、6。由于极端子11之间的导电路径仍然被确保，所以主电触头5、6之间不会产生电弧，即使这些主电触头仍然彼此闭合。
当朝向中间位置PB进一步移动时，根据第一旋转方向R1，第一可移动触头构件6A继续致动第一杠杆臂71，并且导致凸轮构件70(与偏置装置75协作)切换到第二开关位置S2。
当凸轮构件70在第二可移动触头构件9A上施加致动力以远离第二固定触头构件8A(第一平移方向D1)移动第二可移动触头构件9A时，处于开关位置S2的凸轮构件的开关导致第二可移动触头9移动到解耦位置P2，即，与第二固定触头8解耦。
电触头8、9的解耦导致所述电触头之间的电弧升高。然而，由于电触头8、9被浸入真空气氛中，因此这样的电弧能够被有效地熄灭，从而迅速导致沿电极流动的电流IL的中断。
由于位于真空室10内的电触头8、9的解耦，最初沿所述电极流动的电流IL被中断。
当凸轮构件70切换到第二开关位置S2时，第一可移动触头构件6A与第一杠杆臂71解耦，并且在根据第一旋转方向R1进一步移动时，第一可移动触头构件6A到达中间位置PB。
显然，在断开操作的这个阶段，每个电极2已经从第二瞬时状态C12切换到第二稳定状态C2(图9)，这对应于开关装置的断开状态。
闭合操作
当开关装置1从断开状态切换到闭合状态时，开关装置1执行闭合操作。
在执行闭合操作之前，开关装置可能已经执行了如下所述的重新连接操作以便在断开状态下切换。
最初，每个电极2因此处于所述第二稳定状态C2(图9)。
在开关装置的闭合操作期间，第一可移动触头构件6A根据第二旋转方向R2在中间位置PB与第一运行结束位置PA之间移动。第一可移动触头构件6A因此朝向第一固定触头构件5A移动(图11)。
凸轮构件70处于开关位置S2并且杠杆臂71、72最初与第一可移动触头构件6A解耦。
然而，由于第二杠杆臂72沿其朝向第一运行结束位置PA的运动轨迹定位，所以在初始移动时，第一可移动触头构件6A与第二杠杆臂72耦合。
在闭合操作的这个阶段，每个电极2达到瞬时状态C21(图11)，在该瞬时状态C21下，第一可移动触头6与第一固定触头5解耦，第二可移动触头9仍然处于解耦位置P2，即，与第二固定触头8解耦，并且可移动触头构件6A被耦合到第二杠杆臂72。
在这种情况下，第一极端子11与第二极端子12之间仍然没有电流流动。
当第一可移动触头构件6A耦合到第二接触臂72时，第一可移动触头构件6A致动第二接触臂72并且根据第四旋转方向R4远离第二开关位置S2并且朝向第一开关位置S2移动凸轮构件70。
在这种情况下，耦合杠杆臂7在第二可移动触头构件9A上施加致动力，该致动力旨在朝向第二固定触头构件8A(第二平移方向D2)移动第二可移动触头构件9A。
在朝向第一运行结束位置PA进一步移动时，由于凸轮构件70的特定设计，由于第一可移动触头构件6A对第二杠杆臂72的致动，在凸轮构件70切换到第二开关位置S2之前，第一可移动触头构件6A到达第一固定触头构件5A。以这种方式，在第二可移动触头9耦合到第二固定触头8之前，第一固定触头5耦合到第一可移动触头6。
在闭合操作的这个阶段，每个电极2达到瞬时状态C22(图12)，在该瞬时状态C22下，第一可移动触头6与第一固定触头5耦合，第二可移动触头9仍然处于解耦位置P2，即，与第二固定触头8解耦，并且可移动触头构件6A被耦合到第二杠杆臂72。
在这种情况下，没有电流IL能够在第一极端子11与第二极端子12之间流动通过主电触头5、6。没有电流流过分流电触头8、9。
在朝向第一运行结束位置PA进一步移动时，根据第二旋转方向R2，第一可移动触头构件6A继续致动第二杠杆臂72并且导致凸轮构件70(与偏置装置75协作)切换到第一开关位置S1。
当凸轮构件70在第二可移动触头构件9A上施加致动力以朝向第二固定触头构件8A(第二平移方向D2)移动第二可移动触头构件9A时，处于开关位置S1的凸轮构件70的开关导致第二可移动触头9移动到耦合位置P1，即，与第二固定触头8耦合。
当凸轮构件70切换到第一开关位置S1时，第一可移动触头构件6A与第二杠杆臂72解耦，并且在根据第二旋转方向R2进一步移动时，到达第一运行结束位置PA。
在闭合操作的这个阶段，每个电极2已经从瞬时状态C22切换到稳定状态C1(图6)，这对应于开关装置的闭合状态。
断开连接操作
开关装置1在从断开状态切换到接地状态时执行断开连接操作。
显然，在执行断开连接操作之前，开关装置必须执行如上所述的断开操作以便在断开状态下进行切换。
最初，每个电极2因此处于所述稳定状态C2(图9)。
在开关装置的断开连接操作期间，每个第一可移动触头构件6A根据第一旋转方向R1在中间位置PB与第二运行结束位置PC之间移动。每个第一可移动触头构件6A因此朝向对应接地端子移动(图10)。
当第一可移动触头构件6A到达第二运行结束位置PC时，第一可移动触头构件6A耦合到接地端子13。以这种方式，第一可移动触头构件6A导致第一可移动触头6耦合到接地端子13。
在这种情况下，第一可移动触头构件6A将第二极端子12与接地端子13电连接。因此第二极端子12被置于接地电压。
可见，当开关装置进行重新连接操作时，根本不涉及运动传动机构7。
重新连接操作
当开关装置1从接地状态切换到断开状态时，开关装置1执行重新连接操作。
最初，每个电极2因此处于所述稳定状态C3(图10)。
在开关装置的重新连接操作期间，每个第一可移动触头构件6A根据第二旋转方向R2在第二运行结束位置PC与中间位置PB之间移动。每个第一可移动触头构件6A因此远离对应接地端子移动(图10)。
以这种方式，第一可移动触头构件6A导致第一可移动触头6与接地端子13解耦。
第一可移动触头构件6A不再将第二极端子12与接地端子13电连接。因此，第二极端子12处于浮置电压。
可见，当开关装置进行重新连接操作时，根本不涉及运动传动机构7。
显然，开关装置必须执行如上所述的闭合操作以便返回闭合状态。
根据本发明的开关装置相对于现有技术的已知设备提供显著的优点。
本发明的开关装置针对每个电极包括一个简单的运动传动机构7，该运动传动机构7允许第一可移动触头构件6A根据在开关装置的断开操作期间到达的位置来驱动第二可移动触头9与第二固定触头8的分离。
以这种方式，能够在容纳在真空室10中的电触头8、9处发生沿每个电极流动的电流的断开过程。
可能的电弧是由沿每个电极流动的电流中断引起的，因此仅在真空气氛中形成，这能够改进它们的熄灭过程。
在开关装置的断开操作或闭合操作期间，运动传动机构7显著简化了第二可移动触头构件9A的移动与第一可移动触头构件6A的移动之间的同步。
如上所示，在开关装置的闭合操作期间，在凸轮构件7切换到第二开关位置S2之前，第一可移动触头构件6A到达第一固定触头构件5A(从而导致第一可移动触头6耦合到第一固定触头5)。
此外，第二杠杆臂72优选地由电绝缘材料制成。
由于这些布置，当第一可移动触头6耦合到第一固定触头5(“产生电流”过程)时，电流自然地流过第一可移动触头构件6A和第一固定触头构件5A。
在这种情况下，分流电触头8、9不必承载可能的短路电流或过载电流，或者更简单地承载额定电流。
该特征是非常有利的，因为它实现了设计更紧凑的真空室10，这允许进一步减小整个开关装置的尺寸和成本。
本发明的开关装置具有结构非常紧凑、简单和坚固的电极，在尺寸优化方面具有相关优点。
根据本发明的开关装置在电流断开过程中在介电绝缘和灭弧能力方面确保高水平的性能，同时，预期应用具有高水平的可靠性。
根据本发明的开关装置在现场的工业生产和安装相对容易和便宜。
Claims (17)
1.一种用于中压电力系统的开关装置(1)，所述开关装置包括一个或多个电极(2)，其中对于每个电极，所述开关装置包括：
-第一极端子(11)、第二极端子(12)和接地端子(13)，所述第一极端子(11)能够与电线的第一导体电耦合，所述第二极端子(12)能够被电耦合到所述电线的第二导体，并且所述接地端子(13)能够被电耦合到接地导体；
-第一固定触头构件(5A)和第一可移动触头构件(6A)，所述第一固定触头构件被电连接到所述第一极端子(11)并且包括第一固定触头(5)，所述第一可移动触头构件(6A)被电连接到所述第二极端子(12)并且包括第一可移动触头(6)，所述第一可移动触头构件(6A)能够绕对应第一旋转轴线(A1)可逆地移动，使得所述第一可移动触头(6)能够被耦合到所述第一固定触头(5)或所述接地端子(13)、或者与所述第一固定触头(5)或所述接地端子(13)解耦；
-第二固定触头构件(8A)和第二可移动触头构件(9A)，所述第二固定触头构件(8A)电连接到所述第一极端子(11)并且包括第二固定触头(8)，所述第二可移动触头构件(9A)包括第二可移动触头(9)并且能够沿对应平移轴线(A)可逆地移动，使得所述第二可移动触头(9)能够被耦合到所述第二固定触头(8)或与所述第二固定触头(8)解耦；
-真空室(10)，所述第二固定触头(8)和所述第二可移动触头(9)被封闭在所述真空室(10)中并且能够被耦合或被解耦；
其特征在于，对于每个电极，所述开关装置包括运动传动机构(7)，所述运动传动机构(7)用于致动所述第二可移动触头构件(9A)并且包括：
-凸轮构件(70)，绕第二旋转轴线(A2)可移动并且被耦合到所述第二可移动触头构件(9A)，其中当所述凸轮构件(70)绕所述第二旋转轴线(A2)旋转时，所述凸轮构件在所述第二可移动触头构件(9A)上施加致动力以沿所述平移轴线(A)移动所述第二可移动触头构件，其中所述凸轮构件导电并且被电连接到所述第二可移动触头构件(9A)；
-第一杠杆臂(71)，被耦合到所述凸轮构件(70)并且相对于所述第二旋转轴线径向延伸，其中所述第一杠杆臂导电并且被电连接到所述第二可移动触头构件(9A)；
-第二杠杆臂(72)，被耦合到所述凸轮构件并且相对于所述第二旋转轴线径向延伸，并且相对于所述第一杠杆臂(71)成角度地间隔开；
其中在所述开关装置的断开或闭合操作期间，在由所述第一可移动触头构件(6A)对所述第一杠杆臂(71)或所述第二杠杆臂(72)的致动时，所述凸轮构件(70)在第一开关位置(S1)与第二开关位置(S2)之间可移动，所述第一开关位置(S1)对应于所述第二可移动触头构件(9A)与所述第二固定触头构件(8A)的耦合位置(P1)，所述第二开关位置(S2)对应于所述第二可移动触头构件(9A)与所述第二固定触头构件(8A)的解耦位置(P2)。
2.根据权利要求1的开关装置，其特征在于：
-在所述开关装置的断开操作期间，当所述第一可移动触头构件根据第一旋转方向(R1)移动时，所述第一可移动触头构件(6A)耦合到所述第一杠杆臂(71)并且致动所述第一杠杆臂(71)以将所述凸轮构件(70)从所述第一开关位置(S1)移动到所述第二开关位置(S2)；
-在所述开关装置的闭合操作期间，当所述第一可移动触头构件根据第二旋转方向(R2)移动时，所述第一可移动触头构件(6A)耦合到所述第二杠杆臂(72)并且致动所述第二杠杆臂(72)以将所述凸轮构件(70)从所述第二开关位置(S2)移动到所述第一开关位置(S1)。
3.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，当所述第一可移动触头构件(6A)被耦合到所述第一杠杆臂(71)时，所述运动传动机构(7)将所述第二可移动触头构件(9A)与所述第一可移动触头构件(6A)电连接。
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，所述凸轮构件(70)包括与所述第二可移动触头构件(9A)的一个或多个耦合表面(70A)，所述耦合表面具有相对于所述第二旋转轴线(A2)的偏心轮廓。
5.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，所述第一杠杆臂(71)至少部分由导电材料制成。
6.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，所述第一杠杆臂(71)包括主体(713)和导电元件(714)，所述导电元件(714)被耦合到所述主体并且与所述凸轮构件(70)电连接、或与被电连接到所述凸轮构件的所述主体的导电部分电连接，当所述第一可移动触头构件被耦合到所述第一杠杆臂时，所述导电元件与所述第一可移动触头构件(6A)接触。
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，所述第二杠杆臂(72)由电绝缘材料制成。
8.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，所述运动传动机构(7)包括偏置装置(75)，所述偏置装置(75)用于当所述第一杠杆臂(71)或所述第二杠杆臂(72)由所述第一可移动触头构件(6A)致动时有利于所述凸轮构件(70)在所述第一开关位置(S1)或所述第二开关位置(S2)的切换。
9.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，每个电极的所述第一可移动触头构件(6A)能够在第一运行结束位置(PA)与第二运行结束位置(PC)之间可逆地移动，所述第一运行结束位置(PA)对应于所述开关装置的闭合状态，所述第二运行结束位置(PC)对应于所述开关装置的接地状态，所述第一可移动触头构件当在所述第一运行结束位置(PA)与所述第二运行结束位置(PC)之间移动时穿过中间位置(PB)，所述中间位置(PB)对应于所述开关装置的断开状态。
10.根据权利要求9所述的开关装置，其特征在于，在所述开关装置的断开操作期间，所述第一可移动触头构件(6A)根据第一旋转方向(R1)在所述第一运行结束位置(PA)与所述中间位置(PB)之间移动，其中在根据所述第一旋转方向(R1)的初始移动时，所述第一可移动触头构件耦合到所述第一杠杆臂(71)，同时仍然保持与所述固定触头构件(5A)接触，所述第一可移动触头构件致动所述第一杠杆臂以将所述凸轮构件(70)从所述第一开关位置(S1)移向所述第二开关位置(S2)。
11.根据权利要求10所述的开关装置，其特征在于，在根据所述第一旋转方向(R1)的进一步移动时，所述第一可移动触头构件(6A)远离所述第一固定触头构件(5A)移动，同时保持被耦合到所述第一杠杆臂(71)，所述第一可移动触头构件致动所述第一杠杆臂以将所述凸轮构件(70)从所述第一开关位置(S1)移向所述第二开关位置(S2)。
12.根据权利要求11所述的开关装置，其特征在于，在根据所述第一旋转方向(R1)的进一步移动时，所述第一可移动触头构件(6A)通过致动所述第一杠杆臂(71)来引起所述凸轮构件(70)在所述第二开关位置(S2)移动，其中当所述凸轮构件(70)在所述第二开关位置(S2)切换时，所述第一可移动触头构件(6A)与所述第一杠杆臂解耦并且到达所述中间位置(PB)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的开关装置，其特征在于，在所述开关装置的断开连接操作期间，所述第一可移动触头构件(6A)根据第一旋转方向(R1)在所述中间位置(PB)与所述第二运行结束位置(PC)之间移动，其中当所述第一可移动触头构件到达所述第二运行结束位置(PC)时，所述第一可移动触头构件耦合到所述接地端子(13)，从而引起所述第一可移动触头耦合到所述接地端子。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的开关装置，其特征在于，在所述开关装置的重新连接操作期间，所述第一可移动触头构件(6A)根据第二旋转方向(R2)在所述第二运行结束位置(PC)与所述中间位置(PB)之间移动，其中所述第一可移动触头构件远离所述接地端子(13)移动，从而引起所述第一可移动触头与所述接地端子解耦。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的开关装置，其特征在于，在所述开关装置的闭合操作期间，所述第一可移动触头构件(6A)根据第二旋转方向(R2)在所述中间位置(PB)与所述第一运行结束位置(PA)之间移动，其中在根据所述第二旋转方向(R2)的初始移动时，所述第一可移动触头构件(6A)耦合到所述第二杠杆臂(72)，从而致动所述第二杠杆臂(72)以将所述凸轮构件(70)从所述第二开关位置(S2)移向所述第一开关位置(S1)。
16.根据权利要求15所述的开关装置，其特征在于，在根据所述第二旋转方向(R2)的进一步移动时，所述第一可移动触头构件(6A)通过致动所述第一杠杆臂(71)来引起所述凸轮构件(70)在所述第一开关位置(S1)移动，其中当所述凸轮构件(70)在所述第一开关位置(S1)切换时，所述第一可移动触头构件(6A)与所述第二杠杆臂(72)解耦并且到达所述第一运行结束位置(PA)。
17.根据前述权利要求中任一项所述的开关装置，其特征在于，所述开关装置是用于中压电力系统的负载断路开关。
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