CN117153591A - 用于开关设备的开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于开关设备的开关，该开关包括：气缸；活塞；触头；销；以及储能单元。活塞被配置为沿着气缸的轴线在气缸内从待机位置移动到释放位置。当处于待机位置时，活塞与触头间隔开并且与触头电隔离。当处于待机位置时，气缸与触头电隔离。当处于释放位置时，活塞与触头电连接。当处于释放位置时，活塞与气缸电连接。活塞从待机位置到释放位置的移动被配置为在触头的孔内将销从待机位置移动到释放位置。销从待机位置到释放位置的移动被配置为指示活塞已从待机位置移动到释放位置。储能单元位于开关内或者与开关相关联，使得储能单元的激活被配置为将活塞从待机位置移动到释放位置。

Description

用于开关设备的开关

技术领域

本发明涉及一种用于开关设备的开关，诸如空气绝缘开关设备或用于低压、中压和高压应用的气体绝缘开关设备。

背景技术

为了限制开关柜内部故障电弧的影响，期望迅速建立从导体到接地的稳定电流路径，使得故障电弧被短路并因此熄灭。为了解决这个问题，快速接地系统被使用。这些使用储存的能量，例如来自弹簧或微型气体发生器的能量，并且由控制设备取决于例如电流的幅度、电流的上升速率和/或由故障电弧发出的光来触发。

这种快速闭合设备或接地设备(也称为开关)可以被用于开关设备中，以在发生电气故障(例如三相之间的电弧)时迅速且可靠地将母线连接至接地。而且，这种快速闭合开关可以被用于例如HVDC转换器的一系列电池中的不良单体电池的短路。真空室可以被用于这种切换功能，以实现紧凑的设计、可靠的绝缘和切换功能以及密封操作，使得来自切换操作的气体或火花无法逸出。

由于电弧/短路的影响可能非常严重，因此除了激活开关外，还经常采取进一步的保护动作，因为不知道开关是否正常运作。然而，当开关正常运作时激活进一步的保护动作会产生额外的成本。

有必要解决这个问题。

发明内容

因此，具有用于开关设备的改进接地开关或用于HVDC开关的故障电池的短路开关将是有利的。在下文中，参照用于开关设备的开关，但要注意的是，该开关不仅仅用于上面讨论的开关设备。

本发明的目的利用独立权利要求的主题来解决，其中进一步的实施例被并入到从属权利要求中。

在第一方面中，提供了一种用于开关设备的开关，该开关包括：

-气缸；

-活塞；

-触头；

-销；以及

-储能单元。

活塞被配置为沿着气缸的轴线在气缸内从待机位置移动到释放位置。当处于待机位置时，活塞与触头间隔开并且与触头电隔离。触头也被称为导电顶部。当处于待机位置时，气缸与触头电隔离。当处于释放位置时，活塞与触头电连接。当处于释放位置时，活塞与气缸电连接。活塞从待机位置到释放位置的移动被配置为在触头的孔内将销从待机位置移动到释放位置。销从待机位置到释放位置的移动被配置为指示活塞已从待机位置移动到释放位置。储能单元位于开关内或者与开关相关联，使得储能单元的激活被配置为将活塞从待机位置移动到释放位置。

因此，提供了指示诸如超快速接地开关(UFES)等开关已被释放的部件。这使得开关的闭合能够被检测到并且能够确认开关已被释放。通过这种方式，与使用其他保护电路相关的其他缓解部件可以被省略。

在示例中，气缸被配置为以地电位连接至开关设备的一部分。

在示例中，触头被配置为与开关设备的至少一个载流部分进行电连接。

在示例中，销从待机位置到释放位置的移动被配置为穿过通信电缆，以指示活塞已从待机位置移动到释放位置。

在示例中，通信电缆是光纤。

因此，提供了一种无电流检测部件，其中例如当随着开关闭合而光纤断裂时，正常通过光纤的信号被中断，并且可以检测到开关已从待机位置闭合到释放位置。

在示例中，当处于待机位置时，开关被配置为使得活塞与触头之间的开关内部的至少一个区域被配置为处于真空下。

在示例中，当处于待机位置时，屏障被配置为在开关内部在活塞与屏障之间形成第一区域，第一区域被配置为处于真空，并且屏障被配置为在开关内部在屏障与活塞之间形成第二区域，第二区域被配置为处于真空。

在示例中，活塞从待机位置到释放位置的移动被配置为利用活塞使屏障破裂。

在示例中，开关包括波纹管。波纹管的第一端被连接至销，并且波纹管的第二端被连接至触头。真空密封由波纹管形成在触头的孔周围。

因此，真空可以被提供在开关内，使得活塞能够在激活时朝向触头快速移动，因为没有空气阻力，并且由于中间真空，进一步的电隔离被提供在气缸和待机位置中的触头之间。

在示例中，开关包括在气缸和触头之间的至少一个绝缘体壁区段。

在示例中，当处于待机位置时，活塞通过连接至活塞并且连接至气缸的盖来保持就位。

在示例中，当处于待机位置时，活塞通过连接至活塞并且连接至气缸与触头之间的至少一个绝缘体壁区段的盖来保持就位。

在示例中，盖包括预定断裂区，该预定断裂区被配置为当活塞从待机位置移动到释放位置时断裂。

在示例中，来自储能单元的气体被配置为在激活储能单元时将活塞从待机位置移动到释放位置。

在示例中，储能单元包括微型气体发生器或加压气体容器。

在第二方面中，提供了一种具有根据第一方面的一个或多个开关的开关设备。

参照下文描述的实施例，以上方面和示例将变得显而易见并且被阐明。

附图说明

示例性实施例在下文中将参照以下附图描述：

图1示出了开关的示例；

图2和图3示出了处于待机位置和释放位置的开关的示例的截面图；以及

图4和图5示出了处于待机位置和释放位置的开关的示例的截面图。

具体实施方式

图1至图5涉及一种开关设备(诸如低压、中压或高压开关设备)的开关。

在示例中，开关1包括气缸20、活塞30、触头50、销60和储能单元100。活塞被配置为沿着气缸的轴线在气缸内从待机位置移动到释放位置。当处于待机位置时，活塞与触头间隔开并且与触头电隔离。当处于待机位置时，气缸与触头电隔离。当处于释放位置时，活塞与触头电连接。当处于释放位置时，活塞与气缸电连接。活塞从待机位置到释放位置的移动被配置为在触头的孔53内将销从待机位置移动到释放位置。销从待机位置到释放位置的移动被配置为指示活塞已从待机位置移动到释放位置。储能单元位于开关内或者与开关相关联，使得储能单元的激活被配置为将活塞从待机位置移动到释放位置。

根据示例，气缸被配置为以地电位连接至开关设备的一部分。

根据示例，触头被配置为与开关设备的至少一个载流部分进行电连接。

根据示例，销从待机位置到释放位置的移动被配置为穿过通信电缆80，以指示活塞已从待机位置移动到释放位置。

根据示例，通信电缆是光纤。

根据示例，当处于待机位置时，开关被配置为使得活塞与触头之间的开关内部的至少一个区域被配置为处于真空下。

根据示例，当处于待机位置时，屏障110被配置为在开关内部在活塞与屏障之间形成第一区域，第一区域被配置为处于真空，并且屏障被配置为在开关内部在屏障与活塞之间形成第二区域，第二区域被配置为处于真空。

在示例中，屏障110是导电屏障。

根据示例，活塞从待机位置到释放位置的移动被配置为利用活塞使屏障破裂。

根据示例，开关包括波纹管70。波纹管的第一端被连接至销，并且波纹管的第二端被连接至触头。真空紧密封被形成在触头的孔周围。

根据示例，开关包括在气缸和触头之间的至少一个绝缘体壁区段10。

根据示例，当处于待机位置时，活塞通过连接至活塞并且连接至气缸的盖40来保持就位。备选地，当处于待机位置时，活塞通过连接至活塞并且连接至气缸与触头之间的至少一个绝缘体壁区段10的盖40来保持就位。

根据示例，盖包括预定断裂区42，该预定断裂区42被配置为当活塞从待机位置移动到释放位置时断裂。

根据示例，来自储能单元的气体被配置为在激活储能单元时将活塞从待机位置移动到释放位置。

根据示例，储能单元包括微型气体发生器或加压气体容器。

在示例中，储能单元包括一个或多个弹簧。一个或多个弹簧的膨胀被配置为在激活储能单元时将活塞从待机位置移动到释放位置。

在示例中，活塞包括电触头33，它被配置为沿着气缸的内表面滑动并且在活塞和气缸之间进行电连接。

在示例中，电触头被配置为当活塞已移动到释放位置时在活塞和气缸之间进行电连接。

在示例中，活塞和触头被配置为使得在释放位置中，活塞的外表面31的一部分与触头的内表面51的一部分接触。

在示例中，活塞的外表面的一部分和触头的内表面的一部分被成形为使得在从待机位置移动到释放位置时，活塞被锁定在释放位置。

在示例中，活塞的外表面的一部分是圆锥形的，并且触头的内表面的一部分是圆锥形的。

开关设备可以包括上述一个或多个开关。

继续附图，若干实施例现在被详细描述。

图1示出了开关1的外部视图。图2示出了示例性开关1处于待机位置的截面图。图3示出了图2的开关处于释放位置的截面图。图4示出了示例性开关1处于待机位置的截面图—具有两个独立的间隙。图5示出了图4的开关1处于释放位置的截面图。

快速闭合或接地开关1通常工作如下。绝缘体10、活塞30、盖40和导电顶部50限定密封的抽空体积。该体积可以通过1)钎焊和2)抽空(使用在病房后闭合的小管)或在炉内的常见过程中制造、抽空和密封。导电气缸和微型气体发生器然后可以被添加到组装过程中。

在快速闭合开关1的应用中，电端子可以被附接至下表面22(或对应的外圆柱表面25)和上表面52(或对应的外圆柱表面55)，以将快速闭合开关连接至任何电路。只要开关需要保持开启，微型气体发生器100就没有馈电，活塞30停留在其较低位置，如图2所示，并且没有电流可以从下端子(从气缸20和活塞30)流动到上端子(到触头或导电顶部50)。

在快速闭合开关1需要闭合的情况下，微型气体发生器100可以被点火。由于演变气体的压力，活塞30将被强力向上推动。盖40的预定断裂区42将断裂，并且活塞30将高速向上运行，直到活塞30撞击导电顶部50的下端。活塞的圆锥区31和触头或导电顶部50的圆锥区51被形成为使得活塞30将被夹持在导电顶部50的内部，使得将在活塞30和触头或导电顶部50之间建立稳固且可靠的电连接。

活塞30还包括电接触33至导电气缸20的内表面的部件。部件33可以是活塞30的集成部分，但它们也可以是一个或多个单独的部分，如螺旋触头或多触头系统。在处于释放位置的该闭合状态下，电流可以从导电气缸20的下表面22通过活塞30流到触头或导电顶部50的上表面52，并且快速闭合开关1以稳固且可靠的方式被机械且电气地闭合。

该开关具有穿过光纤80的部件，用于从开关外部检测快速闭合开关1的成功操作。进一步地，这种检测是无电流的，使得在高压环境中无需考虑进一步的约束。

这是如现在描述的那样实现的。活塞30及其尖端32的向上运动撞击销60，并且将其向上推动通过触头或导电顶部50中的孔53。销60例如由不锈钢制成。销60由导电顶部50中的孔53引导。

销60被钎焊到例如由不锈钢制成的波纹管70的上端。波纹管70的下端被钎焊到触头或导电顶部50，使得在快速闭合开关1的待机或开启位置中密封开关1内部的真空。

当销60被活塞30推动时，销60的上端61将压向光纤80。为了安全切割功能，光纤80的上侧可以用桥接器90固定，该桥接器90可以用于例如被拧到触头或导电顶部50中的凹槽上，使得扁平导体仍然可以被拧到触头或导电顶部50的表面52上，而不受桥接器90或其固定螺钉的干扰。桥接器90包括孔91，使得销60的上端61可以通过孔91对光纤80的片段81进行穿孔，以可靠地中断玻璃纤维—这在图3和图5中清晰地示出。孔91可以被设计为当例如扁平导体被拧到表面52上时用作切割件81的储存器。桥接器90例如由钢或不锈钢制成。备选地，桥接器90的功能也可以被集成到扁平导体或固定在触头或导电顶部50处的任何其他导体中。然而，不需要具有孔91的桥接器90，因为销60的移动已被发现切割光纤80，但是具有孔91的桥接器90可以帮助确保这种切割动作。

如果需要更精确地引导销60，则通过将桥接器95固定至触头或导电顶部50的上表面52，例如在凹槽中，在波纹管70上方和光学(玻璃)纤维80下方的位置处，用于在桥接器95的孔96中引导销60的上端61的桥接器95可以被可选地添加到销60的上端，被添加到真空隔间的外部。

要注意的是，在导电顶部(例如由铜制成)或桥接器(例如由钢或不锈钢制成)的孔中引导由不锈钢制成的销通常不是推荐的做法，因为它可以在若干操作后导致高摩擦力甚至抓紧，并且通常至少需要润滑。但是，需要考虑的是，在目前情况下，快速闭合开关1可以是用于单次操作的应急使用的一次性设备。因此，即使没有润滑，也不会在此处发生过度摩擦和抓紧。然而，如有必要，利用适当的真空相容油进行润滑可以被使用，但认为这不是必需的。

以上描述通常如图2和图3所示。

具有释放检测的快速闭合开关1可以被配备有串联的两个独立的真空室，因此被配备有串联的两个独立的真空间隙，如图4和图5所示。这样做可以提高真空中的绝缘的可靠性，以缓解单个间隙的寄生击穿。此处，两个绝缘体10被串联布置，由导电屏障110分离。在待机位置中，串联的两个独立的真空间隙被建立。在操作中，由于径向预定义的断裂区112，移动活塞30将开启导电屏障110，使得110的任何部分都不会位于活塞30和触头或导电顶部50之间。在操作之后，在释放位置中，活塞30将被牢固地连接至导电顶部50，使得将通过快速连接开关建立稳固且可靠的电连接。

附图标记

1 具有释放检测的快速连接开关

10 绝缘体

20 导电气缸

22 20的下表面

25 20的外圆柱表面

30 活塞

31 30的圆锥区

32 30的尖端

33 电接触部件

40 盖

42 40的预定断裂区

50导电顶部

51 50的圆锥区

52 50的上表面

53 50中的孔

55 50的外圆柱表面

60销

61 60的上端

70 波纹管

80 光纤

81来自80的切割件

90用于穿孔的桥接器

91 90中的孔

95用于引导的桥接器

96 95中的孔

100微型气体发生器

101 100的电缆

110屏障

112 110的径向预定断裂区

虽然本发明已经在附图和前面的描述中被详细图示和描述，但是

这种图示和描述被认为是说明性或示例性的而不是限制性的。本发明

不被限于所公开的实施例。通过对附图、公开内容和从属权利要求的

研究，本领域技术人员在实践要求保护的发明时可以理解和实现所公

开的实施例的其他变化。

Claims (15)

1.一种用于开关设备的开关(1)，所述开关包括：

-气缸(20)；

-活塞(30)；

-触头(50)；

-销(60)；以及

-储能单元(100)；

其中所述活塞被配置为沿着所述气缸的轴线在所述气缸内从待机位置移动到释放位置；

其中当处于所述待机位置时，所述活塞与所述触头间隔开并且与所述触头电隔离；

其中当处于所述待机位置时，所述气缸与所述触头电隔离；

其中当处于所述释放位置时，所述活塞与所述触头电连接；

其中当处于所述释放位置时，所述活塞与所述气缸电连接；

其中所述活塞从所述待机位置到所述释放位置的移动被配置为在所述触头的孔(53)内将所述销从待机位置移动到释放位置；

其中所述销从所述待机位置到所述释放位置的移动被配置为指示所述活塞已从所述待机位置移动到所述释放位置；并且

其中所述储能单元位于所述开关内或者与所述开关相关联，使得所述储能单元的激活被配置为将所述活塞从所述待机位置移动到所述释放位置。

2.根据权利要求1所述的开关，其中所述气缸被配置为以地电位连接至开关设备的一部分。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的开关，其中所述触头被配置为与所述开关设备的至少一个载流部分进行电连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的开关，其中所述销从所述待机位置到所述释放位置的移动被配置为穿过通信电缆(80)以指示所述活塞已从所述待机位置移动到所述释放位置。

5.根据权利要求4所述的开关，其中所述通信电缆是光纤。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的开关，其中当处于所述待机位置时，所述开关被配置为使得所述开关内部在活塞与所述触头之间的至少一个区域被配置为处于真空。

7.根据权利要求6所述的开关，其中当处于所述待机位置时，屏障(110)被配置为在所述开关内部在活塞和所述屏障之间形成第一区域，所述第一区域被配置为处于真空，并且所述屏障被配置为在所述开关内部在屏障与所述活塞之间形成第二区域，所述第二区域被配置为处于真空。

8.根据权利要求7所述的开关，其中所述活塞从所述待机位置到所述释放位置的移动被配置为利用所述活塞使所述屏障破裂。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的开关，其中所述开关包括波纹管(70)，其中所述波纹管的第一端被连接至所述销，并且其中所述波纹管的第二端被连接至所述触头，其中真空紧密封被形成在所述触头的所述孔周围。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的开关，其中所述开关包括在所述气缸与所述触头之间的至少一个绝缘体壁区段(10)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的开关，其中当处于所述待机位置时，所述活塞通过连接至所述活塞并且连接至所述气缸的盖(40)来保持就位，或者当处于所述待机位置时，所述活塞通过连接至所述活塞并且连接至所述气缸与所述触头之间的至少一个绝缘体壁区段的盖(40)来保持就位。

12.根据权利要求11所述的开关，其中所述盖包括预定断裂区(42)，所述预定断裂区(42)被配置为当所述活塞从所述待机位置移动到所述释放位置时断裂。

13.根据权利要求1至10中任一项所述的开关，其中来自所述储能单元的气体被配置为在所述储能单元激活时将所述活塞从所述待机位置移动到所述释放位置。

14.根据权利要求13所述的开关，其中所述储能单元包括微型气体发生器或者加压气体容器。

15.一种开关设备，包括根据权利要求1至14中任一项所述的一个或多个开关。