專利名稱：高速限流開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種限流開關，即，涉及權利要求1所述的一種限流開關。
這種限流開關可以用于高壓或中壓范圍，作為發(fā)電機開關、開關裝置部件的匯流條部分之間的耦合開關、DC開關，或者用在網(wǎng)形連接的網(wǎng)絡中以減少工作損耗。
本發(fā)明的現(xiàn)有參考技術是一種限流開關，例如尚未公開的歐洲專利申請，即EP專利申請No.98811251.2所描述的一種限流開關。這種開關具有一個帶電流觸點的高速機械開關點和兩個與觸點并行連接的轉(zhuǎn)換路徑。第一開關設備和隔離開關點串聯(lián)設置在第一轉(zhuǎn)換路徑(commutation path)，限流器和第二開關設備串聯(lián)設置在第二轉(zhuǎn)換路徑。限流器以這樣一種方式設計，以致于當?shù)谝婚_關打開時，通過時間延遲來限制電流，該電流由限流器傳送并且從第一轉(zhuǎn)換路徑流向第二轉(zhuǎn)換路徑。在這種時間延遲期間，在兩個轉(zhuǎn)換路徑之間沒有過壓產(chǎn)生，同時在第一轉(zhuǎn)換路徑可以形成一個抗過壓的隔離路徑。
如權利要求書所限定的那樣，本發(fā)明的目的是提供一種開頭所提到的那種限流開關，這種限流開關由于特別節(jié)省空間的設計和較小的移動質(zhì)量，而能夠在高壓和中壓范圍內(nèi)高速接通和關斷。
本發(fā)明的限流開關具有三個相互并行設置的路徑，其中兩個包含機械開關點。僅僅在進行開關時，這兩個機械開關點中的一個被用來傳送和開關額定電流，而另一個簡單地并且以脈沖的形式來傳送轉(zhuǎn)換電流。機械開關點的觸點裝置(contact arrangements)被設計成軸向?qū)ΨQ的，并且被同軸地設置。短的、同軸的銅連接可以使雜散電感非常低，這樣就使能電流轉(zhuǎn)換非?？?。
如果本發(fā)明開關的第三個路徑也包含一個機械開關點，該機械開關點具有同軸設置的觸點裝置，則不需要任何串聯(lián)斷路器來與常規(guī)的限流開關串聯(lián)連接。
如果觸點裝置具有不同的直徑，并且它們被設置為一個在另一個的里面，則減少了軸向開關的長度。這使得其中設置了觸點裝置的外殼的尺寸可以減少，以便于防護，例如防灰塵和其它的干擾影響。在這種情況下，特別有益的是，觸點裝置設置在一個耐壓的外殼內(nèi)，該外殼例如以大氣壓力或以更高的壓力充滿絕緣氣體，這有益于觸點裝置的絕緣性能。如果該外殼包含兩個相互絕緣的導電部件，則額定電流可以經(jīng)過這些外殼部件直接傳送到額定電流開關點的連接處。這樣就不需要復雜的額定電流套管來穿過外殼。
如果開關點包含一個高速驅(qū)動器來打開和閉合觸點裝置，則對于打開和/或閉合開關，可以相應于操作的要求來實現(xiàn)不同的算法。
下面結(jié)合附圖更詳細地說明本發(fā)明的實施例和進一步的優(yōu)點，附圖中

圖1表示一個測試設備的單相基本電路，它模擬一個中壓網(wǎng)絡，其中具有本發(fā)明的第一實施例的限流開關；圖2是剖視圖，所示的部分是沿一個軸、經(jīng)過具有圖1所示開關的開關點的外殼而剖切的；圖3表示一個測試設備的單相基本電路，它模擬一個中壓網(wǎng)絡，其中具有本發(fā)明的第二實施例的限流開關；圖4是剖視圖，所示的部分是沿一個軸、經(jīng)過具有圖3所示開關的開關點的外殼而剖切的；圖5是平面圖，表示圖4所示開關的開關點經(jīng)放大后的詳細情況。
在所有的圖中，相同的參考符號表示具有相同作用的部件。
圖1所示的電路是一個測試設備的單相基本電路，它模擬一個中壓網(wǎng)絡，其中具有本發(fā)明的第一實施例的限流開關S。該測試設備包含一個發(fā)電機Q，用于模擬一個幾十千伏的電源電壓UN；開關S；以及負載L，用于模擬一個無電抗電阻RL和一個電感器LL。短路電流識別單元E連接在發(fā)電機Q和開關S之間，并且包含一個測量和估計部分，該測量和估計部分用于非常快地識別高達幾十千安培的短路電流。開關S具有一個額定電流開關點S1，該額定電流開關點S1連接在從發(fā)電機Q到負載L的電流路徑中。兩個轉(zhuǎn)換路徑P1和P2與額定電流開關點S1并聯(lián)連接。
第一轉(zhuǎn)換路徑P1包含一個隔離開關點ST和一個電子功率開關設備T，該電子功率開關設備T帶有二極管電橋D1、D2、能夠關斷例如閘門電路斷開(GTO)的電力半導體H、以及一個過電壓放電器M。二極管電橋使交流電流在正極性期間和負極性期間都能轉(zhuǎn)換，不需要任何背對背連接的電力半導體。
第二轉(zhuǎn)換路徑P2包含串聯(lián)連接的一個斷路開關點SA和一個限流器RB，該限流器RB響應延時的電流，并且設計成例如PTC熱敏電阻的形式。斷路開關點可以是半導體開關HA的形式，該半導體開關HA具有能夠關斷例如閘門電路斷開(GTO)的背對背連接的電力半導體，或者斷路開關點可以包括一個電流隔離的機械觸點裝置KA，最好是一個真空開關。
圖1所示開關的開關點S1和ST的每一個具有一個觸點裝置K1和KT，這些觸點裝置可以在幾百微秒內(nèi)非?？斓卮蜷_。額定電流開關點S1的觸點裝置K1被設計為抗電弧的。
在本發(fā)明的開關的一個有益實施例中，開關點S1和ST的兩個觸點裝置K1和KT被設置在外殼G內(nèi)。在發(fā)電機一側(cè)，開關點S1和ST的兩個觸點裝置K1和KT經(jīng)過連接點1、第一外殼部件10、以及初級饋線11和12連接。在負載一側(cè)，額定電流開關點S1經(jīng)過次級饋線21和第二外殼部件20連接到連接點2。第一轉(zhuǎn)換路徑P1的隔離開關點ST經(jīng)過次級饋線31連接到電子功率開關設備T，該饋線借助于套管5通過外殼G。
在工作期間，兩個開關點S1和ST的觸點裝置K1和KT與斷路開關點SA一起分別閉合和打開。當短路電流產(chǎn)生時，限流開關S上的識別單元E在大約100μs內(nèi)啟動一個斷路處理過程。在該處理過程中，位于第一轉(zhuǎn)換路徑P1中的半導體元件H被立刻接通。同時，額定電流開關點S1的觸點裝置K1被打開。由于在該處理過程中形成兩個串聯(lián)連接的電弧，因此，仍然上升的短路電流在大約150μs內(nèi)轉(zhuǎn)換到第一轉(zhuǎn)換路徑P1。半導體元件H保持接通，直到額定電流開關點S1的觸點裝置K1兩端達到的耐壓大于半導體元件H兩端的耐壓為止。然后借助于半導體元件H來關斷第一轉(zhuǎn)換路徑P1的短路電流，并且將該電流轉(zhuǎn)換到第二轉(zhuǎn)換路徑P2。隔離開關點ST的觸點裝置KT同時打開。在第二轉(zhuǎn)換處理期間，由于雜散電感而產(chǎn)生一個瞬態(tài)過壓，在限流器RB兩端而產(chǎn)生一個電阻性電壓降。限流器RB采用一個幾百微秒的延遲來進行限流。該延時足以完成額定電流開關點S1的觸點裝置K1和隔離開關點ST上觸點裝置KT的打開處理。一旦隔離開關點ST的觸點裝置KT打開，開關S兩端的整個電壓實際上降落在第一轉(zhuǎn)換路徑P1的隔離開關點ST的兩端。因為限流器RB響應一個延遲，因此，直到額定電流開關點S1的觸點裝置K1和隔離開關點ST的觸點裝置KT打開后，開關S兩端的電壓才開始上升，從而，額定電流開關點S1和隔離開關點ST兩端的電壓才開始上升。借助于瞬態(tài)恢復電壓非常低的斷路開關點SA，有限的短路電流可以在下一個電流過零點，例如在5到6毫秒之后關斷。
圖2表示本發(fā)明開關第一實施例的可能的裝置。兩個開關點S1和ST的主要部分軸向?qū)ΨQ地設置在一個圓柱形外殼G內(nèi)。外殼G包括兩個面板形式的導電外殼部件10和20、一個被設計成管子形狀的電絕緣外殼部件7、以及兩個電隔離的氣密套管5和6。外殼G被設計為能承受一定的壓力，并且外殼G內(nèi)充滿了氣體介質(zhì)，例如以大氣壓力或以更高的壓力充滿空氣或SF6。
兩個開關點S1和ST分別包括觸點裝置K1和KT，每個觸點裝置具有兩個固定的開關觸點，以及每個觸點裝置具有一個移動的橋接開關觸點，并且每個觸點裝置具有一個驅(qū)動器，該驅(qū)動器能夠獨立地啟動，用于打開和/或閉合觸點裝置。
兩個觸點裝置K1和KT中一個設置在另一個的里面，額定電流開關點S1的觸點裝置K1具有最大直徑并且被設置在外面，它具有一個適當?shù)慕孛鎭韨魉皖~定電流。隔離開關點ST的觸點裝置KT具有一個相應較小的直徑并且被同軸設置在額定電流開關點S1的觸點裝置K1的里面，僅當開關切換發(fā)生時，被轉(zhuǎn)換的電流簡單地并且以脈沖形式流過隔離開關點ST的觸點裝置KT。如圖2所示，到觸點的饋線被設計得盡可能短并且軸向?qū)ΨQ。圓柱形外殼G上的額定電流連接點1和2連接到導電外殼部件1和2的外邊緣，導電外殼部件1和2采用面板的形式，也可以設計成例如管子的形式。到觸點裝置的其它饋線以及用于控制開關點的所有電纜最好從面板形式的外殼部件1和2的中心出去。由于額定電流路徑中包括了外殼部件1和2，所以不需要其它的套管，具體地說，不需要用于額定電流的大電流和高電壓套管。
圖3表示了圖1所示的電路，它具有益本發(fā)明優(yōu)異開關S的第二實施例。在這種情況下，斷路開關點SA包括一個機械觸點裝置KA，它同樣可以非?？斓卮蜷_。斷路開關點SA的觸點裝置KA與開關點S1和ST的兩個觸點裝置K1和KT一起，設置在外殼G中。在發(fā)電機一側(cè)，斷路開關點SA同樣經(jīng)過連接點1和第一外殼部件10以及初級饋線13連接。在負載一側(cè)，斷路開關點SA經(jīng)過次級饋線41連接到限流器RB，該饋線借助于套管6以及經(jīng)過連接點4穿過外殼G。
如圖4所示，本發(fā)明開關的第二實施例的裝置大部分對應于圖2所示的裝置。除了兩個開關點S1和ST以外，還有斷路開關點SA也同軸對稱地設置在外殼G中。
利用于這個實施例，通過三個并行的電流路徑中每一個的電流隔離，可以不必使用另外的串聯(lián)斷路器。
除了作為開關點觸點裝置一部分的移動橋接開關觸點以外，一個用于開關點驅(qū)動的優(yōu)異實施例基本上提供兩個線圈和一個電子功率控制單元。觸點裝置和線圈被設計成軸對稱的，并且相互間同軸地設置。在圖2所示裝置的基礎上，設計三個開關點的裝置，如圖5所示，下面對此作更具體的說明。在這種情況下，兩個線圈81和82作為開關點的驅(qū)動部件，這兩個線圈81和82中的每一個在相關的橋接開關觸點的兩側(cè)的軸向方向上偏置設置，該橋接開關觸點設計為接觸環(huán)85。通過把能量從電子功率控制單元饋給適當?shù)木€圈，接觸環(huán)將電動力供給它。接觸環(huán)可以在兩個線圈81和82之間的軸向方向上向前和向后移動，觸點裝置在處理過程中再次打開和閉合。當觸點裝置閉合時，接觸環(huán)85卡在兩個固定的開關觸點84之間，并且使它們短路。當觸點裝置打開時，接觸環(huán)85被保持部件83牢牢地保持。
權利要求
1．一種限流開關(S)，具有一個包含抗電弧觸點裝置(K1)的額定電流開關點(S1)，而且具有兩個與額定電流開關點(S1)并行連接的轉(zhuǎn)換路徑(P1,P2)，其中第一轉(zhuǎn)換路徑(P1)包含一個串聯(lián)連接的隔離開關點(ST)的觸點裝置(KT)和一個電子功率開關設備(T)，第二轉(zhuǎn)換路徑包含串聯(lián)連接的斷路開關點(SA)和一個限流元件(RB)，其特征在于，額定電流開關點(S1)的觸點裝置(K1)和隔離開關點(ST)的觸點裝置(KT)相對于一公共軸(A)對稱地設計和設置。
2．如權利要求1所述的開關，其特征在于，斷路開關點(SA)具有一個電隔離的觸點裝置(KA)，以及該觸點裝置(KA)相對于一公共軸(A)對稱地設計和設置。
3．如權利要求1或2所述的開關，其特征在于，開關點(S1,ST,SA)的觸點裝置(K1,KT,KA)具有不同大小的直徑，并且一個設置在另一個的里面。
4．如權利要求1到3中的一個權利要求所述的開關，其特征在于，開關點(S1,ST,SA)的觸點裝置(K1,KT,KA)被設置在一個外殼(G)內(nèi)。
5．如權利要求4所述的開關，其特征在于，所述的外殼設計為圓柱體的形式，并且開關點(S1,ST,SA)的觸點裝置(K1,KT,KA)和外殼(G)相對于一公共軸(A)被同軸設置。
6．如權利要求4或5所述的開關，其特征在于，外殼(G)被設計為能承受一定的壓力。
7．如權利要求4到6中的一個權利要求所述的開關，其特征在于，外殼具有至少兩個導電外殼部件(10,20)，這些部件經(jīng)過至少三分之一的電絕緣外殼部件7來相互連接。
8．如權利要求7所述的開關，其特征在于，兩個導電外殼部件(10,20)設計為面板的形式，電絕緣外殼部件(7)設計為管子的形式，并且被設置在面板形式的外殼部件(10,20)之間，以這樣一種方式使得面板形式的兩個外殼部件(10,20)在末端聯(lián)接管子形式的外殼部件(7)。
9．如權利要求7或8所述的開關，其特征在于，一個公共的初級饋線(1,11,12,13)穿過兩個導電外殼部件的第一導電外殼部件(10)連接到開關點(S1,ST,SA)的觸點裝置(K1,KT,KA)，次級饋線(2,21)穿過兩個導電外殼部件的第二導電外殼部件(20)連接到額定電流開關點(S1)的觸點裝置(K1)，次級饋線(3,31,4,41)穿過外殼連接到其它開關點(ST,SA)的觸點裝置(KT,KA)。
10．如權利要求1到9中的一個權利要求所述的開關，其特征在于，開關點(S1,ST和SA)的每一個包含一驅(qū)動器，用于打開和/閉合觸點裝置(K1,KT,KA)。
11．如權利要求10所述的開關，其特征在于，所述的驅(qū)動器產(chǎn)生電動力。
12．如權利要求11所述的開關，其特征在于，所述的驅(qū)動器包括兩個同軸偏置設置的線圈(81,82)；一個同軸設置在線圈之間并且在軸向移動的接觸環(huán)(85)；以及一個電子功率控制單元，當開關點閉合時，接觸環(huán)(85)使兩個同軸設置的、固定的觸點部分(84)短路。
全文摘要
限流開關(S)具有一個抗電弧的觸點裝置(K
文檔編號H01H33/42GK1300091SQ0013399
公開日2001年6月20日 申請日期2000年11月8日 優(yōu)先權日1999年11月8日
發(fā)明者弗勒利希·克勞斯, 霍勞斯·瓦爾特, 卡爾騰埃格·庫爾特, 施托依爾·米夏埃爾 申請人:Abb高壓技術股份公司