CN1302498C - 电路断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种优选地用于高或中等电压的电路断路器。每个断路器极可运动的接点经过用于传输运动的机械装置连接到马达(6)的可运动部分上。可运动的接点和用于传输运动的装置配置在气密隔绝的装置腔(31)中，该腔由例如陶瓷的绝缘材料制成的气密隔绝的装置壳体(9)所包围。按照本发明，马达(6)完全配置在该装置腔(31)中。本发明还涉及设有权利要求所限定断路器的电气设备、权利要求所限定的断路器的使用以及涉及断开其中使用权利要求所限定的断路器的电流的方法。

Description

电路断路器

技术领域

本发明涉及的第一方面为一种用于中等和高电压的电气电路断路器。而且该断路器通过电马达致动。在第二，第三，第四和第五方面，本发明分别涉及一种设有这种电路断路器的电气设备以及这种电路断路器的使用，还涉及一种断开电流的方法以及一种制造电路断路器的方法。

这种类型的电路断路器被应用在如开关站的电气设备中以便需要时断开电流。电路断路器将能断开和接通正常的负载电流，但更重要地，它必须能够非常快速地断开该系统故障时引起的短路电流。电路断路器的主要部件是断路器腔和致动装置。电流的断开和接通是通过断路器腔中的接点实现的，接点之一通常是静止固定的而另一个是可运动的。该可运动的接点通过致动装置与该静止的接点相接触或断开，该致动装置包括马达和其上连接以便传输运动的装置。该断路器腔可以是各种类型的例如真空断路器、SF6电路断路器或油最小化断路器。按照本发明的电路断路器意图用于中等的和高的电压，即从约1KV(千伏)到几百KV的电压。

背景技术

传统地，电路断路器的致动装置通常包括具有足够储蓄能的断开和接通弹簧以完成断开和接通过程。跳闸可以自动地发生或基于手工操作。该接通弹簧的功能是使断路器闭合(接通)并将该断开弹簧置于张力状态下。该断开弹簧在断开时进入操作。该接通弹簧则通过电马达置于张力状态。然而，弹簧致动的电路断路器具有许多缺陷。

为了消除与传统的弹簧致动的断路器相关的缺陷已经提议采用电马达作为驱动装置来代替。于是WO 00/105735描述了一种电路断路器，主要用于可运动的接点通过用于传输运动的装置连接到电马达上的高电压应用场合。

该断路器腔亦即该静止的接点和该可运动的接点相互接触或断开的地方是通过气密封壳体与外界气密隔绝的，该壳体通常其形式为陶瓷的针式绝缘子并包含例如SF6气体的断路介质。该密封的空间还包括用于传输运动的装置，其连接到该可运动的接点上以致动该可运动的接点，该用于传输运动的装置也配置在如WO 99/60591所述的陶瓷结构中。包括该断路器腔和其中配置了致动装置的空间在本申请中定义为装置腔并且围绕后者的壳体定义为装置壳体。

将运动从电马达传输到用于传输运动的装置的致动机构包括例如轴同时必须通过壁伸入到靠近的密封装置腔的可运动的机械元件。这就对轴衬套处的密封提出了巨大要求。由于该装置腔必须完全气密隔绝，需要一些紧密装配的机械接触密封形式。这一机械接触密封形式则导致可观的摩擦损失。由于该致动运动当断路器转换到断开时极其简短并在40-60ms量级内，在致动时动力需求相当巨大。该动力需求越大则电马达就必须越大并且配置在电马达和电源之间供电流到电马达的静态换流器的尺寸必须设置得越大。于是这些装置的成本就增加。然而，为提供一种通过电马达驱动的有竞争力的电路断路器，重要的是限制这些部件的成本。

DE3224165表示了已经公知的通过电马达驱动可运动的接点的装置。该电马达配置在其中配置断路器可运动接点的气密封壳体的内部和外部。在这种情况下，电马达的转子配置在壳体的内部而其定子在壳体的外侧。此实施例导致极其特殊的结构，其中整个单元必须设计成适合于此实施例。这就减少了采用用于电路断路器和其外围设备的标准部件的可能性。

在DE3224165中描述的电马达的其它缺陷是在定子和转子之间存在壁件。该壁必须是相当厚以便有效地抵御壳体内部的压力并确保无气体逸出。间隙将因此很大从而明显地减小马达的效率。

发明内容

针对这一背景技术，本发明的目的是减少在电马达驱动的电路断路器中的动力损失能在解决上述问题的同时实现更大的防止气体泄漏的安全保险性。

按照本发明这一目的通过如下类型的电路断路器实现，该电路断路器包括至少一可运动的接点和一用于传输运动的装置，该装置连接到该可运动的接点上，所述接点和所述用于传输运动的装置配置在通过气密封壳体所环绕的气密封腔中，并且所述断路器还包括一连接到该传输运动的装置上的电马达，其特征在于，该电马达完全地包围在所述气密封壳体中；马达是旋转电马达，其具有连接到用于传输运动的装置上的转子，并且其中用于传输运动的装置能够将转子的旋转运动转换成该可运动的接点的移动；该壳体由绝缘材料制成。

由于该整个马达配置在包围该接点的相同气密封壳体中，故上面提及的关于围绕着将马达运动传输到可运动的接点的轴的密封以及泄漏危险的问题就消除了。唯一必须气密隔绝的衬套就是为马达供电流的电缆。由于这个电缆是不动的，故该密封是完全无问题的和不会导致动力损失。于是按照本发明的电路断路器就能实现动力损失减少或消除并且允许马达和转换器制成较小。因此，解决了所述涉及在先公知技术的问题。

按照本发明的一优选实施例，第一壳体是由绝缘材料制成的，而按照本发明的另一优选实施例，环绕马达的壳体也是由绝缘材料制成的。对于该装置壳体和第二壳体(即其中配置马达的壳体)特别有优点的是相互组合为整体，因此形成共同组合的壳体。实际上，这可实现所有接点、传输运动的装置和马达可以配置在该针式绝缘子的陶瓷结构中。

虽然各种类型的电马达都可应用在本发明范围内，但在大多数情况下，旋转电马达将是最适合的选择。因此这还构成本发明电路断路器的其他优选实施例。在这一实施例中，用于传输运动的装置包括转换运动的装置，其将转子的旋转运动转换为可运动的接点的移动。

在又一优选实施例中，本发明电路断路器包括优选为三个的多个断路器极，其中传输从属于每个断路器极的运动的装置机械地连接到对所有断路器极共用的马达的可移动部分上。第二腔(亦即其中配置马达的腔)则因此与每个断路器极的装置腔连通。这是本发明构思在多极断路情况下的合适的应用。于是，该整个的组合体与所有的极和它们用于传输运动的装置以及马达都容纳在共同密封的空间中。

按照本发明的电路断路器特别适于高电压电流的断路。为此，用于这个场合的断路器构成本发明的一优选实施例。这种断路器的优点是特别有利于用在电压为72到420kv的范围内。

本发明的第二方面是电气设备，本发明的第三方面是电路断路器的使用方法，本发明的第四方面是断开电流的方法以及本发明的第五方面是制造电路断路器的方法。

于是，按照本发明的电气设备、使用和方法都涉及与关于本发明电路断路器所解释的优点等同的优点。

本发明将在下面的参照附图对优选实施例的描述中更加详细地阐明。

附图说明

图1是电路断路器的示意图，

图2是通过按照本发明的第一实施例电路断路器的致动装置和马达的纵剖示意图，

图3是通过按照本发明的第二实施例电路断路器的致动装置和马达的纵剖示意图，

图4是通过按照本发明的第三实施例电路断路器的致动装置和马达的纵剖示意图，

图5是本发明应用于三极电路断路器的实施例示意图，

图6是表示本发明开关站一部分的示意图。

具体实施方式

图1示意地表示电路断路器的原理。其包括断路器腔1和包括致动杆3的致动装置2。固定接点4和可运动的接点5配置在该断路器腔内。每个接点电连接到电缆上。通常，接点4、5相互接触而电流通过该断路器从一电缆导入到另一电缆中。当电流出于例如故障的某些原因应断开时，该可运动的接点5将从固定接点4断开短路电流。因此，电弧开始时在接点之间产生并在接点运动离开时迅速熄灭。然后当电流应将接通时，该可运动的接点5再次移动与固定接点4相接触。断开和接通的启动可以手动地或自动地完成。将断路器转换在接通和断开是借助致动杆3实现的，其被连接到可运动的接点和马达6上。电路断路器的这种基本结构是各种类型通用的并当然可以具有各种不同的外观。通常在断路器中存在的大量部件已在附图中省略以便于解释其操作的原理。

该断路器腔1通过包围该腔的壳体而与外界气密隔绝。本发明表示成可应用到SF6电路断路器上，于是该断路器腔1填充了SF6气体。

图2表示电路断路器的致动装置2的第一实例，其具有类似于图1描述的基本结构。致动装置2包括由盖罩7所围绕的电马达6。该马达是适合的三相永磁交流马达。该盖罩的一端部通过将连接螺栓穿过板8的孔中安装固定在由支架适当支承的安装板8上。由绝缘材料如陶瓷或塑料制成的空心柱状件9在图中从与马达相对一侧向上延伸。绝缘柱状件9在外部设有法兰10以提供加长的漏电距离。致动杆3配置在绝缘柱状件9的内部。断路器腔配置在该绝缘柱状件的上端(未示出)，

且其可运动的接点刚性连接到致动杆3上。致动杆3、绝缘柱状件9和马达所有的相互共轴线配置。该绝缘柱状件包围容纳传输运动的装置3、17的空间31，该装置3、17将运动从马达6传送到可运动的接点5上并且还包括该实际的断路器腔1。SF6气体因此就提供在这个腔31中，其在本申请中定义为该装置腔。

转换机构配置成将马达的转子13的旋转运动转换成致动杆3的移动从而打开或闭合图1所描述的断路器。下面将更加详细地描述该转换机构。

该转子13通过在其每个端部处的轴承件，14、15支承在马达壳体11中。而马达的定子12固定到马达壳体11上和该马达壳体固定到安装板8上。该转子13具有沿轴向通过其大部分长度延伸的中心孔30。该安装板8具有与马达轴共轴的开孔，其中螺母16支承成在双作用向心止推滚珠轴承18中旋转。该轴承18的外环19通过安装在贯穿外环的法兰的孔20中的螺栓固定到安装板8上。而该轴承18的内环21连接到转子13上并不能相对转动。

螺杆17(即设有螺纹的杆)延伸穿过该螺母。该螺母16和螺杆17的螺纹相互啮合。于是在它之间的相对运动就导致该螺杆相对于螺母在轴向移动。因为螺杆的上端延伸到该致动杆3下端部的孔23中，螺杆17在其背向马达的端部上(即在附图中的上端)连接到该断路器的致动杆3上。这种连接通过沿直径地贯穿该螺杆和该操作杆的端部的销25来固定。

环绕该螺栓17的导引套筒26从安装板8延伸。该导引套筒设有布置成经向相对并沿轴向延伸的导引件27。该销25通过每个导引件27伸出并在每个端部上设有锁定垫圈28。该导引件27的宽度对应于销栓25的直径。于是，螺杆17连接到导引套筒26上并不能相对其转动。因为导引套筒26通过穿过孔29的螺栓固定到安装板8上该导引套筒26也不能转动。该导引套筒26具有以下内直径以使致动杆3可以很少间隙插入其中。

因此，当螺母16沿轴向通过其轴承固定并且螺杆17通过上述的结构配置固定而不转动时，该螺母的转动运动将导致该螺杆沿轴向的移位。

图2表示该电路断路器在其正常的闭合位置上时的致动部分。

当该电路断路器致动以便断开该电流时，马达6启动因此造成其转子13在从图中上方观看时顺时针方向上转动。这就强迫螺杆向下地移动以致于该可运动的接点5(见图1)离开静止接点。该中心孔30的长度应允许螺杆足够移位以完成断开。在该断开过程期间，该致动杆3的下部分将在该导引套筒26内部向下滑动。

当断开已经完成时，马达停止在这一位置上，而螺杆17的下端部接近该孔30的底部。然后，该销栓25就处于该导引件27的下端部处。然而，当断路器应复位时，该马达则反向旋转地启动从而该螺杆17与致动杆向上移位直至该可运动的接点5再次接触该固定接点，依此该结构配置的构件就采取图2所示的位置。

该断开过程必须极其快速地发生。因为该螺栓的节距必须不能过大因此需要马达高速转动。因而也就产生显著的加速和减速作用力。依此，重要的是这些经受惯性力的部件的质量应为尽可能小。为此该致动杆3是空心的。

该螺杆具有多头螺纹。这就允许该螺纹节距大同时不使其过载。于是，采用3mm/圈的节距，就可实现马达的每转一圈，断路器移动3mm。采用8头螺纹和相应较大的螺距，就可实现该移动为24mm/圈而采用12头螺纹将为36mm/圈。对于断开运动采用120mm的行程长度，则在12头螺纹的情况下对于该断开运动需要马达转过3.33转。

环绕马达6的盖罩7构成第二气密封壳体，于是形成包围马达6的第二气密封壳体腔32。在操作时为马达供电流的电缆33以气密方式通过盖罩7。由于包围马达的腔32也是气密的，故通过安装板8的运动传输装置的地方就不再需要密封。于是消除了由密封摩擦引起的功力损失。

在附图中表示的运动传输装置只是企图用于示例。该螺杆螺母的结构方案可以颠倒配置，例如，该螺杆连接到马达上而螺母连接到可运动的接点5的致动杆3上。这样的优点是，通过马达加速的惯性矩将小于已说明的实施例中的情况。许多其他将马达的转动转变成可运动的接点的移动的机构自然在本发明的保护范围内可行。本发明也可应用其中无需运动转换的线性马达。

为马达提供电流的电缆33经过变换器连接到例如电容、电池或电网或其组合的电源(未示出)上。然而，这些部件不构成本发明应用的任何核心方面因而不表示在附图中或更详细地说明。

图3表示要求保护的断路器的第二实施例。该图3的设计与图2不同之处仅在于环绕马达的盖罩7替换为只是马达转子13的外罩，但其他都相同。在这个实施例中，实际的马达壳体11是通过连接凸缘34气密密封在安装板8上。在马达6的相对的端部上，将盖帽35密封地固定到马达壳体11上。因此，转子13密封在通过安装板8、连接凸缘34、马达壳体11和盖帽35所形成的腔室的内部。不存在如图2所示实施例那样在该装置腔31外部的密封结构。为马达供电的电缆33连接到电源上(未示出)。

图4表示了本发明第三实施例，在这个实施例中，该马达已移动到该绝缘柱状件9的内部。于是该绝缘柱状件9构成环围该空间31的组合的壳体，该空间31容纳在包括接点、致动装置和马达的整个组合体中。为保持必要的隔绝距离，该绝缘柱状件9必须延伸与马达长度相对应的距离。

图5描述了应用在三极电路断路器中的本发明，其中该三个断路器极101意欲连接到三相变送或配电电网的每相上。每个断路器极101都填充SF6气体形式的断路器介质并且包括支承着断路腔绝缘子103的针式绝缘子102。固定接点104和可运动的接点106设置在每个断路腔绝缘子103中。固定接点104经过第一连接法兰105连接到该供电网上。可运动的接点106通过滑动接点109和第二连接法兰107连接到该供电网上。断路器极101安装在空心梁108上以便该断路器介质可以自由地流动在该梁108和每个断路器极101之间。在该梁108的每个端部上分别地是带有紧密的密封的第一端件110和一第二端件111。于是，该梁108、端件110，111和该三个极101构成围绕填充有断开器介质的容腔112以用于所有的断路器极的共同的壳体。

可运动的接点106借助机械装置机械地连接到在梁108短侧上安置的马达113上。该马达113驱动所有的三个断路器极101并用转动力影响轴114。在轴114的旁边，该机械装置还包括用于每个断路器极和致动杆116的联接器115。该轴114沿梁108的纵方向在梁108的内部延伸并在那里可转动地支承在支承托架117中。在每个断路器极101中，致动杆116的上端部配置在可运动的接点106上。其下端部上该杆116配置在将轴114的转动运动转变成该杆116的移动的联接器115上。于是该机械装置的大部分安置在该壳体的内部并因此受到保护不受机械(撞击等)和化学(腐蚀)两者的外部影响。

该马达113配置在通过壳体120与外界气密隔绝的空间119中。连接到马达113转子上的轴114无密封地在梁的内空间和安置马达113的外空间119之间延伸。该空间112和119因此相互连通。

图6表示了包括电开关站的部分的电气设备。输入电缆200经过变压器206和第一断路器201连接到母线202上。用户电缆203经过相应的断路器205从该母线延伸到各自的负载204上。每个断路器201和205按照本发明电路断路器来构造。

Claims (8)

1.一种用于中等和高电压的电路断路器，其包括至少一可运动的接点(5；106)和一用于传输运动的装置(16；17；114，116)，该装置连接到该可运动的接点(5；106)上，所述接点和所述用于传输运动的装置配置在通过气密封壳体(9；102)所环绕的气密封腔(31；112)中，并且所述断路器还包括一连接到该传输运动的装置(16；17；114；116)上的电马达(6；113)，其特征在于，该电马达完全地包围在所述气密封壳体中；马达(6；113)是旋转电马达，其具有连接到用于传输运动的装置(16；17；114，116)上的转子(13)，并且其中用于传输运动的装置能够将转子(13)的旋转运动转换成该可运动的接点(5；106)的移动；该壳体(9；102)由绝缘材料制成。

2.如权利要求1所述的电路断路器，其特征在于，该断路器包括多个断路器极(101)，并且从属于每个断路器极的用于传输运动的装置(114，116)机械地连接到对于所有断路器极共用的马达(113)上。

3.如权利要求1所述的电路断路器，其特征在于，该断路器配置成用于断开处于高电压区域的电流，该电流在72到420KV范围内。

4.一种包括至少一电气断路器(201，205)的电气设备(200-205)，其特征在于，至少一电气断路器(201，205)是权利要求1-3任一项所述的类型。

5.一种使用如权利要求1-3任一项所述的电路断路器来断开传输电网中的电流的方法。

6.一种使用如权利要求1-3任一项所述的电路断路器来断开配送电网中的电流的方法。

7.一种用于断开电流的方法，其特征在于，通过如权利要求1-3任一项所述限定的断路器断开电流。

8.一种制造如权利要求1-3任一项所述的电路断路器的方法，其特征在于，将该马达配置在所述气密封壳体的内部。

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