CN206236605U - 一种真空负荷开关装置及自动控制设备 - Google Patents

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魏杰
孔国威
张纯军
种鹏超
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Abstract

本实用新型公开了一种真空负荷开关装置及自动控制设备。其中,该装置包括:操动机构部件、传动部件和真空灭弧室部件,传动部件连接于操动机构部件和真空灭弧室部件之间;操动机构部件包括:过中簧、连接件、固定连杆支架、过中簧拐臂、限位拐臂、操作轴以及限位结构;其中,过中簧套在连接件上,连接件的一端与固定连杆支架铰链,连接件的另一端与过中簧拐臂铰链,过中簧拐臂和限位拐臂分别与操作轴连接,限位拐臂与限位结构配合。本实用新型解决了由于现有真空负荷开关对操动机构的操作功要求很高的技术问题。

Description

一种真空负荷开关装置及自动控制设备
技术领域
本实用新型涉及真空开关技术领域,具体而言,涉及一种真空负荷开关装置及自动控制设备。
背景技术
随着我国城乡电网的建设和改造,高压直接深入负荷中心,形成高压受电-变压器降压-低压配电的格局,负荷开关的使用越来越普遍。负荷开关装置一般用于开断和关合负荷电流,其工作原理与断路器相似。虽然,相对于断路器开关,负荷开关合分闸操作技术参数偏低,但对其配套的操动机构的要求仍然很高。
目前的真空负荷开关装置普遍采用的是弹簧操动机构,其结构形式复杂,零件较多,可靠性也低。同时,现有的真空负荷开关装置,由于电力负荷容量的不断增大,真空负荷开关的额定电流与短路关合电流大小也不断提高。在此情况下由于真空负荷开关触头合闸接触时电流会发生收缩,实际的接触面积只是触头面积的很小的一部分,长时间工作时温升过高,容易导致静熔焊的发生。另一方面,电流的收缩效应会产生一个倾向于推开触头的电动斥力。假定一个真空负荷开关触头合闸接触时接触表面半径为b,而实际电流流经区域为半径为a的收缩区,则该电动斥力可以表示为
在上述式子中,I表示通过触头的电流,μ0表示真空磁导率,a表示收缩半径,b表示接触面半径。当真空负荷开关处于闭合或关合过程,一旦电动斥力使触头弹开会产生电弧,从而引起严重烧伤,并可能导致触头熔焊或关合失败。
针对上述问题,为了提高负荷开关合闸时的触头压力,现有的技术主要是通过增大触头合闸超程,提高弹簧操动机构合闸储能来实现。由此可以看出,现有的技术方案对真空负荷开关操动机构的操作功提出了更高的要求,而操动机构操作功一旦提高,则对操动机构机械寿命、部件磨损会造成非常不利的影响。
针对上述问题,目前尚未针对真空负荷开关操动机构低操作功要求而提出有效的解决方案。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种真空负荷开关装置及自动控制设备,配用于电力系统中真空开关中,主要增大真空灭弧室合闸时接触压力,降低对传统配套操动机构操作功的依赖,适用于真空负荷开断用,以至少解决由于现有真空负荷开关对操动机构的操作功要求很高的技术问题。
根据本实用新型实施例的一个方面,提供了一种真空负荷开关装置,包括:操动机构部件、传动部件和真空灭弧室部件,传动部件连接于操动机构部件和真空灭弧室部件之间,真空灭弧室部件包括:静触头及动触头,动触头与传动部件连接;操动机构部件包括:过中簧、连接件、固定连杆支架、过中簧拐臂、限位拐臂、操作轴以及限位结构;其中,过中簧套在连接件上,连接件的一端与固定连杆支架铰链,连接件的另一端与过中簧拐臂铰链,过中簧拐臂和限位拐臂分别与操作轴连接,限位拐臂与限位结构配合。
根据本实用新型实施例的另一方面,还提供了一种自动控制设备,包括上述任意一项的真空负荷开关装置。
在本实用新型实施例中,采用压簧形式的过中机构,通过手动或电动操纵操作轴转动,操作轴转动带动过中簧储能,利用过中簧释放的能量,带动过中簧拐臂和限位拐臂转动完成开关合分操作,达到了真空灭弧室部件在操动机构部件的带动下通过传动部件进行开断或关合的目的,从而实现了增大真空负荷开关合闸时接触压力、降低接触电阻、提高真空负荷开关的动稳定和热稳定性能、降低对传统配套操动机构操作功的依赖的技术效果,进而解决了由于现有真空负荷开关对操动机构的操作功要求很高的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解,构成本申请的一部分,本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
图1是根据本实用新型实施例的一种真空负荷开关装置的示意图;
图2是根据本实用新型实施例的一种可选的操动机构部件结构示意图;
图3是根据本实用新型实施例的一种可选的操动机构部件合分闸操作状态的示意图;
图4是根据本实用新型实施例的一种可选的操作轴结构示意图;
图5是根据本实用新型实施例的一种可选的传动部件结构示意图;
图6是根据本实用新型实施例的一种可选的真空灭弧室部件结构示意图;
图7是根据本实用新型实施例的一种可选的真空负荷开关装置合闸位置示意图;
图8是根据本实用新型实施例的一种可选的静触头结构示意图;
图9是根据本实用新型实施例的一种可选的动触头结构示意图;以及
图10是根据本实用新型实施例的一种可选的自生电动力下接触压力增强原理示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本实用新型保护的范围。
根据本实用新型实施例,图1提供了一种真空负荷开关装置实施例,如图1所示,该装置包括:操动机构部件1、传动部件2和真空灭弧室部件3;其中,传动部件2连接于操动机构部件1和真空灭弧室部件3之间。
如图2所示,操动机构部件1包括:过中簧1-1、连接件、固定连杆支架1-6、过中簧拐臂1-7、限位拐臂1-8、操作轴1-9以及限位结构;其中,过中簧1-1套在过中簧下支连杆1-2上,连接件的一端与固定连杆支架1-6铰链,连接件的另一端与过中簧拐臂1-7铰链,过中簧拐臂1-7和限位拐臂1-8分别与操作轴1-9连接,限位拐臂1-8与限位结构配合。
具体地,在上述实施例中,通过手动或电动可以使得操动机构部件1输出操作功;上述传动部件2分别与操动机构部件1和真空灭弧室部件3连接,主要用于将操动机构部件1的操作功的输出;真空灭弧室部件3在操动机构部件1的带动下通过传动部件2进行开断或关合。如图3所示为操动机构部件1在合分闸操作时的状态示意图,由图3可以看出,当操动机构部件1进行分闸操作时,操动机构部件1由图3所示的合闸位置状态,经过过中储能状态,变换到分闸位置状态;当操动机构部件1进行合闸操作时,操动机构部件1由分闸位置状态,经过过中储能状态,变换到合闸位置状态。
一种可选的实施例中,上述操动机构部件1还可以包括:第一过中簧销轴1-4和第二过中簧销轴1-5,其中,第一过中簧销轴1-4用于过中簧下支连杆1-2与固定连杆支架1-6铰链,第二过中簧销轴1-5用于过中簧上支座管1-3经由过中簧销轴1-5与过中簧拐臂1-7铰链。
可选地,上述操动机构部件1可以采用压簧形式的过中机构,该类型机构无脱扣装置,结构简单,操作功低,可靠性高,储能可手控或电动操作。
由上可知,本实用新型上述实施例,采用操动机构部件1、传动部件2和真空灭弧室部件3连接的方式,通过将传动部件2连接于操动机构部件1和真空灭弧室部件3之间,真空灭弧室部件3在操动机构部件1的带动下通过传动部件2完成开断或关合功能,进而达到了增大真空灭弧室合分闸时接触压力的目的,实现了降低接触电阻、提高真空负荷开关的动稳定和热稳定性能、降低对传统配套操动机构操作功依赖的技术效果,进而解决了由于现有真空负荷开关对操动机构的操作功要求很高的技术问题。
在一种可选的实施例中,如图2所示上述限位结构可以包括:固定限位板1-10和设置在固定限位板1-10上的限位螺柱1-11。
在一种可选的实施例中,上述连接件包括:过中簧下支连杆1-2及过中簧上支座管1-3,其中,过中簧下支连杆1-2为收缩杆,过中簧下支连杆1-2的一端伸缩在过中簧上支座管1-3中滑动。
在一种可选的实施例中,操动机构部件1还包括:第一过中簧销轴1-4及第二过中簧销轴1-5,其中,过中簧下支连杆1-2的一端通过第一过中簧销轴1-4与固定连杆支架1-6铰链,且过中簧上支座管1-3通过第二过中簧销轴1-5与过中簧拐臂1-7铰链,过中簧拐臂1-7和限位拐臂1-8固定在操作轴1-9上。
作为可选的一种实施方式,可以通过手控或电动控制操作轴1-9转动,带动过中簧1-1储能,并在储能释放之后,带动过中簧拐臂1-7和限位拐臂1-8转动,使得开关完成合分操作,其中,开关合分的位置由限位拐臂1-8通过固定限位板1-10上的限位螺柱1-11保持。
具体地,通过手控或电动操纵,可以控制操作轴1-9转动,由于操作轴1-9转动,与操作轴1-9连接的过中簧拐臂1-7和限位拐臂1-8随着操作轴1-9转动而转动,由于过中簧上支座管1-3与过中簧拐臂1-7连接,过中簧拐臂1-7的转动带动过中簧上支座管1-3转动,进而带动伸缩在过中簧上支座管1-3中的过中簧下支连杆1-2开始滑动,由于过中簧下支连杆1-2的一端经由过中簧销轴1-4与固定连杆支架1-6连接,因而,在过中簧下支连杆1-2滑动的过程中,会带动固定连杆支架1-6滑动,又因为过中簧1-1的一端可以经由过中簧销轴1-4与固定连杆支架1-6铰链,进而带动过中簧1-1被压缩,过中簧1-1过中开始储能;由于过中簧上支座管1-3可以经由过中簧销轴1-5与过中簧拐臂1-7铰链,过中簧拐臂1-7和限位拐臂1-8可以紧扣在操作轴1-9上,因而,当过中簧1-1被压缩到最短位置后,过中簧1-1在储能轴上产生的力矩方向改变,在弹簧力的作用下自行“过中”,又开始释放储存的能量,过中簧1-1释放能量的过程中,过中簧下支连杆1-2又开始滑动,进而带动过中簧拐臂1-7和限位拐臂1-8转动,完成开关合分操作,开关合分位置最终由限位拐臂1-8通过固定限位板1-10上的限位螺柱1-11保持。
在一种可选的实施例中,如图4所示,上述操作轴1-9可以包括:操作轴柱1-9a、操作轴销1-9b和操作轴柱套1-9c,其中,操作轴柱套1-9c开有凹槽,操作轴柱1-9a与操作轴柱套1-9c同轴转动,并通过操作轴销1-9b来约束固定。
可选地,在一种实施方式中,当负荷开关需完成负荷开断功能时,上述操动机构部件1处于合闸位置状态,通过电动储能转动操动轴1-9,操作轴柱套1-9c开有凹槽,与操作轴柱1-9a同轴转动,并通过操作轴销1-9b来约束固定,操动轴柱1-9a转动带动过中簧拐臂1-7和限位拐臂1-8,过中簧拐臂1-7与过中簧上支座管1-3自由铰链,随之一块转动,过中簧下支连杆1-2在过中簧上支座管1-3内自由伸缩,此时,过中簧1-1开始被压缩储能,实现真空负荷开关装置的操动机构部件1由合闸位置向分闸位置过渡,随着操动轴1-9a的继续转动,过中簧1-1被压缩到最短位置,达到最大储能,此时操作轴柱1-9a刚好在操作轴柱套1-9c槽内转动最大距离,由操作轴销1-9b限定约束。之后过中簧1-1在储能轴上产生的力矩方向改变,在弹簧力的作用下自行“过中”,并迅速释放,无脱扣装置,操作轴柱套1-9c开始与操动轴1-9a一块转动,真空灭弧室部件3在操作轴柱套1-9c的带动下通过传动部件2快速分闸,具有较大的刚分速度,从而实现负荷开关的分闸开断过程。
可选地,在另一种实施方式中,当负荷开关需要完成负荷与短路关合功能时,上述操动机构部件1处于分闸位置状态,通过手控或电动储能转动操动轴1-9,操动机构部件1开始动作,操动机构部件1动作方向与分闸时的操作相反,操动轴1-9a转动带动过中簧拐臂1-7和限位拐臂1-8,转动方向与分闸时相反。套在过中簧下支连杆1-2和过中簧上支座管1-3上的过中簧1-1同样开始被压缩储能,并达到最大储能位置。同样地,此时操作轴柱1-9a刚好反方向在操作轴柱套1-9c槽内转动最大距离,并由操作轴销1-9b限定约束。之后在储能轴上产生的力矩方向改变,在弹簧力的作用下自行“过中”,操作轴柱套1-9c开始与操动轴1-9a一块反向转动,实现真空负荷开关装置的操动机构部件1由分闸位置向合闸位置过渡,同样地随着操动轴1-9的继续转动,真空灭弧室部件3在操作轴柱套1-9c的带动下通过传动部件2快速关合,具有较大的合闸初始速度和最终刚合速度,从而实现负荷开关的合闸过程。
此处需要说明的是,在过中簧1-1被压缩到最短位置时,操作轴柱1-9a在操作轴柱套1-9c槽内刚好转动至最大距离,由操作轴销1-9b限定约束,过中簧1-1在储能轴上产生的力矩方向改变,在弹簧力的作用下自行“过中”,并迅速释放,无脱扣装置,操作轴柱套1-9c与操动轴1-9a同轴转动。
在一种可选的实施例中,如图5所示,上述传动部件2包括:六方轴2-1、输出拐臂2-2、以及导电连接杆2-7,其中,六方轴2-1与操动机构部件1连接,六方轴2-1上套有输出拐臂2-2,输出拐臂2-2与导电连接杆2-7滑动连接。
可选地,上述传动部件2还可以包括:第一操作轴法兰2-3、第二操作轴法兰2-4、第一轴承2-5、第二轴承2-6、和连接销轴2-8;其中,第一操作轴法兰2-3和第二操作轴法兰2-4用于与外部元件固定,连接销轴2-8用于将输出拐臂2-2与导电连接杆2-7连接。
一种可选的实施例中,上述六方轴2-1可以同轴嵌扣在操动机构部件1的操作轴套1-9c上,输出拐臂2-2可以通过连接销轴2-8与导电连接杆2-7滑动连接。
在一种可选的实施例中,如图6所示,真空灭弧室部件3还可以包括:静触头3-1、动触头3-2、静导电杆3-7和动导电杆3-8,静触头3-1与静导电杆3-7连接,动触头3-2与动导电杆3-8连接,且动导电杆3-8与传动部件2的导电连接杆2-7连接。
可选地,真空灭弧室部件3的动导电杆3-8与传动部件2中的导电连接杆2-7焊接相连。
在一种可选的实施例中,如图6所示,真空灭弧室部件3还可以包括:第一端盖3-3,第二端盖3-4、瓷壳3-5、屏蔽罩3-6、导向套3-9、波纹管3-10和波纹管保护罩3-11,置于真空环境3-12中。
一种可选的实施例中,如图7所示,上述装置还可以包括:灭弧室固定板4,其中,静导电杆3-7固定在灭弧室固定板4上。
在一种可选的实施例中,如图8所示,上述静触头3-1还可以包括:导电杯座3-1a和静触头片3-1b;其中,导电杯座3-1a与静触头片3-1b连接。
可选地,上述导电杯座3-1a可以为环形,静触头片3-1b可以为半椭圆形式的金属瓣,但不限于此形状的触头片,静触头片3-1b的椭圆面与动触头3-2接触,环形导电杯座3-1a前端外壁开有均布设置的导电杯座槽3-1c,导电杯座3-1a顶端焊接有静触头片3-1b,导电杯座3-1a的尾端与静导电杆3-7焊接,静触头片3-1b上开有静触头片槽3-1d,静触头片槽3-1d与导电杯座槽3-1c连接,并与导电杯座槽3-1c数量相同。
可选地,上述导电杯座3-1a前端外壁开设槽3-1c可以是直角槽也可以是螺旋槽,不限于某一形状,只要可以完成与静触头片槽3-1d的连接即可,其宽度、高度、螺旋转角、螺旋方向、均布个数不固定。
在一种可选的实施例中,如图9所示,上述动触头3-2可以为一环形触头片,但不限于此形状的触头片,动触头3-2焊接固定到动导电杆3-8上,并使动导电杆3-8凸出一部分。
可选地,静触头3-1和动触头3-2可以采用抗熔焊与开断兼备的触头材料。
可选地,静触头3-1和动触头3-2的闭合与分断可以采用直动插接式形式。
下面结合原理推导来说明本实用新型上述实施例提供的技术方案,可以达到增大真空灭弧室合分闸时接触压力、降低对操动机构部件1操作功的依赖的技术效果。
在真空负荷开关装置合闸关合过程中,由于静触头3-1和动触头3-2的闭合采用直动插接式形式,动端导电杆3-8与静端导电杯座3-1a和静触头片3-1b之间属于滑动接触,闭合过程中的滑动操作力F由操动机构部件1提供,根据力学原理,
F=μF
其中μ为滑动摩擦因数,F为动端导电杆3-8与静端导电杯座3-1a和静触头片3-1b之间表面的垂直压力,性质上属于弹力,即,负荷开关合闸时的触头接触压力可以表示为
由于恒满足滑动摩擦因数μ﹤1,并且与相对运动的速度大小无关,于是满足F﹤F,因此本实用新型中负荷开关操动机构1在提供较小操作力F的情况下,便可获得较大的合闸触头接触压力F,降低对操动机构操作功的依赖。
另外,在本实用新型实施例中,负荷开关装置在合闸位置时,触头间可产生自生电动力,在自生电动力的作用下,可增大触头接触压力,降低接触电阻,提高真空灭弧室的动稳定和热稳定性能。其原理如下:合闸位置时回路电流I流经静触头3-1和动触头3-2,在导电杯座槽3-1c和静触头片槽3-1d作用下电流I分流,假设静触头3-1上两支路电流分别为Ia和Ib,Ia和Ib大小及槽间分布任意。当真空灭弧室部件3合闸时动导电杆3-8嵌入在流经Ia和Ib的静触头片3-1b内部。假设Ia和Ib竖直方向分量分别为Iat和Ibt,则如图10所示,流经静触头片3-1b上的电流Iat在Ibt处产生垂直向内的磁场Bat,在到磁场Bat的作用下,流经Ibt电流大小的静触头片3-1b受到水平向左的箍缩电磁力Fat,即
同理,流经Iat电流大小的静触头片3-1b在Ibt磁场Bbt的作用下,受到水平向右的箍缩电磁力Fbt,Fbt与Fat大小相同,方向相反。在箍缩电磁力Fbt与Fat的作用下,动导电杆3-8与静触头片3-1b及导电杯座3-1a之间的接触压力增大,使得电流收缩半径a变大,则使得真空灭弧室闭合时的电动斥力减小,电动斥力可以表示为
其中I表示通过触头的电流,μ0表示真空磁导率,a表示收缩半径,b表示接触面半径,有助于提高灭弧室的动稳定与热稳定能力。鉴于本实用新型触头间产生的自生电动力能够使负荷开关合闸时触头接触压力增大,接触电阻减小,可降低对操动机构操作功的依赖,在仅提供低操作功的操动机构的配合下即可完成真空负荷开关正常合分操作。
本实用新型上述实施例提供的技术方案,操动机构部件采用压簧形式的过中机构,真空灭弧室部件通过传动部件输出操作功实现开断与关合功能,可以实现以下技术效果:增大真空灭弧室合闸时接触压力,减小开关设备对操动机构输出功的依赖,降低对操动机构操作功的要求,并具有较优的负载电流开断能力,适用于电力系统真空负荷开关中。
根据本实用新型上述实施例,提供了一种自动控制设备实施例,该自动控制设备包括上述任意一种可选的真空负荷开关装置。
以上仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种真空负荷开关装置,其特征在于,包括:操动机构部件(1)、传动部件(2)和真空灭弧室部件(3),所述传动部件(2)连接于所述操动机构部件(1)和所述真空灭弧室部件(3)之间;
所述操动机构部件(1)包括:过中簧(1-1)、连接件、固定连杆支架(1-6)、过中簧拐臂(1-7)、限位拐臂(1-8)、操作轴(1-9)以及限位结构;其中,所述过中簧(1-1)套在所述连接件上,所述连接件的一端与所述固定连杆支架(1-6)铰链,所述连接件的另一端与所述过中簧拐臂(1-7)铰链,所述过中簧拐臂(1-7)和所述限位拐臂(1-8)分别与所述操作轴(1-9)连接,所述限位拐臂(1-8)与所述限位结构配合。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述限位结构包括:固定限位板(1-10)和设置在所述固定限位板(1-10)上的限位螺柱(1-11)。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述连接件包括:过中簧下支连杆(1-2)及过中簧上支座管(1-3),其中,所述过中簧下支连杆(1-2)为收缩杆,所述过中簧下支连杆(1-2)的一端伸缩在所述过中簧上支座管(1-3)中滑动。
4.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,所述操动机构部件(1)还包括:第一过中簧销轴(1-4)及第二过中簧销轴(1-5),其中,所述过中簧下支连杆(1-2)的一端通过第一过中簧销轴(1-4)与所述固定连杆支架(1-6)铰链,且所述过中簧上支座管(1-3)通过第二过中簧销轴(1-5)与所述过中簧拐臂(1-7)铰链,所述过中簧拐臂(1-7)和所述限位拐臂(1-8)固定在所述操作轴(1-9)上。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述操作轴(1-9)包括:操作轴柱(1-9a)、操作轴销(1-9b)和操作轴柱套(1-9c),其中,所述操作轴柱套(1-9c)开有凹槽,所述操作轴柱(1-9a)与所述操作轴柱套(1-9c)同轴转动,并通过所述操作轴销(1-9b)来约束固定。
6.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述传动部件(2)包括:六方轴(2-1)、输出拐臂(2-2)、以及导电连接杆(2-7),其中,所述六方轴(2-1)与所述操动机构部件(1)连接,所述六方轴(2-1)上套有所述输出拐臂(2-2),所述输出拐臂(2-2)与导电连接杆(2-7)滑动连接。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述六方轴(2-1)同轴嵌扣在所述操动机构部件(1)的操作轴柱套(1-9c)上,所述输出拐臂(2-2)与导电连接杆(2-7) 滑动连接。
8.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述真空灭弧室部件(3)包括:静触头(3-1)、动触头(3-2)、静导电杆(3-7)和动导电杆(3-8),所述静触头(3-1)与所述静导电杆(3-7)连接,所述动触头(3-2)与所述动导电杆(3-8)连接,且所述动导电杆(3-8)与所述传动部件(2)的导电连接杆(2-7)连接。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述静触头(3-1)包括:环形导电杯座(3-1a)、静触头片(3-1b)和导电杯座槽(3-1c)和静触头片槽(3-1d),其中,所述环形导电杯座(3-1a)的顶端与静触头片(3-1b)焊接,所述环形导电杯座(3-1a)的尾端与所述静导电杆(3-7)焊接,所述静触头片槽(3-1d)与所述导电杯座槽(3-1c)连接。
10.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述动触头(3-2)为一环形触头片,所述动触头(3-2)焊接固定到所述动导电杆(3-8)上,并使所述动导电杆(3-8)凸出一部分。
11.一种自动控制设备,其特征在于,包括权利要求1至10中任意一项的真空负荷开关装置。
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