具有堆叠中断器模块的断路器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明在于电能传输和分配的领域。它涉及断路器，其包括多个中断器模块的堆叠。本发明还涉及这样的断路器的使用。
【背景技术】
[0002]WO 2011/050832描述高压断路器，其包括串联连接的至少两个中断器段。
[0003]WO 2011/057675描述高压断路器，其在一个实施例中包括多个机械开关以及多个晶体管。
[0004]US 6 535 366描述高压断路器，其包括并联设置的机械和半导体开关的组合。
【发明内容】
[0005]本发明的目标是提供能够切换大的电压同时在生产中仍然经济的断路器。
[0006]该目标由独立权利要求1的断路器实现。因此，断路器包括电串联设置的多个堆叠中断器模块的堆叠，使得施加的电压在中断器模块上分布。每个中断器模块包括
-具有机械开关的机械开关组件，
-半导体开关组件，其包括半导体开关，以及 -放电器组件，其包括至少一个电涌放电器。
[0007]在每个中断器模块内，机械开关组件、半导体开关组件和放电器组件彼此电并联设置。这使得可能在正常操作中在机械开关组件的开状态使用它并且通过将每个模块内的电流首先切换到半导体开关组件并且然后通过关闭半导体开关组件以用于使电流换向到放电器组件而切断。
[0008]在限流模式中，中断器模块在中间状态可切换使得跨堆叠的电流路径在第一数量的中断器模块中通过放电器组件引导并且在第二数量的中断器模块中通过机械开关组件引导。
[0009]因为模块全部相同并且大量需要(这允许利用大规模生产技术和规模经济)，生产这样的断路器的成本减少。此外，每个模块可以具有相对低的额定电压。断路器可以通过改变串联设置的断路器模块的数量而对不同额定电压标度。
[0010]在实施例中，每个中断器模块包括第一接触表面，其连接到机械开关组件的第一端子、半导体开关组件的第一端子和放电器组件的第一端子。中断器模块进一步包括第二接触表面，其连接到机械开关组件的第二端子、半导体开关组件的第二端子和放电器组件的第二端子。该第一和第二接触表面定位在它们的中断器模块的相对侧上。这允许使中断器模块容易采用堆叠中相邻中断器模块的接触表面彼此电连接这样的方式堆叠。
[0011]通过机械压缩堆叠，例如凭借机械弹簧，实现模块之间的低电阻和良好的导热性。
[0012]在另一个实施例中，每个机械开关组件包括电力供应，用于致动开关组件。此外，断路器包括电绝缘馈电器，用于将电力馈送到电力供应。该设计允许使每个机械开关组件的电力供应保持在机械开关组件的电势处，这降低成本并且改进模块性。
[0013]馈电器可以例如是光馈电器、机械馈电器或液压或气动馈电器，如将在下文更详细解释的。
[0014]本发明的断路器例如用于切换至少72 kV的电压，并且特别用于切换DC电压，但它例如还可以用于切换在中间或甚至低电压状态中的电压或用于切换AC电压。
【附图说明】
[0015]从本发明的下列详细说明将更好理解本发明并且除上文阐述的目标以外的目标将变得明显。这样的描述参照附图，其中:
图1是断路器的方块电路图，
图2是中断器模块的实施例的方块电路图，
图3示出中断器模块的实施例的视图，
图4示出图3的中断器模块(没有它的上板，即没有它的上部电端子)，
图5示出具有中断器模块堆叠的断路器，
图6是机械开关组件的电力供应段的示意图，
图7是机械开关组件中处于其接通位置的开关的示意横截面图，
图8是图7的处于其断开状态的开关的示意横截面图，以及图9是中断器模块的第二实施例的方块电路图。
[0016]图10示出通过采用限流模式的根据图1的断路器的中断器模块的电流路径。
【具体实施方式】
[0017]定义
术语“高压”指示超出72kV的电压。术语“中压”指示在IkV与72kV之间的电压。术语“低压”指示低于IkV的电压。
[0018]“电绝缘馈电器”是用于将来自接地电势的电力馈送到提升的高压电势的馈送。
[0019]断路器和中断器模块
图1示出断路器的实施例的最重要部件。它包括第一端子I和第二端子2，其连接到要切换的电力线。多个基本上相同的中断器模块3串联设置在第一断路器端子I与第二断路器端子2之间。提供控制单元4用于控制个体中断器模块3的操作并且控制单元4连接到它们，例如由于将在下文变得明显的原因而凭借光纤5。控制个体中断器模块3的操作理解为模块的选择性脱扣，其允许从彼此单独切换个体中断器模块3使得总反电压通过脱扣的中断器模块3的数量而可调整。最后，图1示出断路器包括电绝缘馈电器6，其适应于将电力馈送到机械开关组件的电力供应，这些机械开关组件将在下文更详细描述。
[0020]图2示出中断器模块3的方块电路。该模块包括三个主要部件，即:
-机械开关组件8，其包括至少一个机械开关9，
-半导体开关组件10，其包括至少一个半导体开关11，以及 -放电器组件12，其包括至少一个电涌放电器13。
[0021]这三个组件彼此电并联地设置在断路器模块3的第一接触表面15与第二接触表面16之间，这对每个模块形成电端子。
[0022]图3和4示出中断器模块3的示范性机械设计。如可以看到的，它包括底板17和顶板18，其中顶板18未在图4中示出。在图3和4的实施例中，这些板17、18示出为平坦的，但它们也可以结构化，例如以便促进中断器模块3的自对准堆叠。有利地，板17、18的外表面的至少部分是金属的。底板17形成第一接触表面15，而顶板18形成第二接触表面16。第一和第二接触表面15、16设置在中断器模块3的相对侧上。
[0023]如可以在图2中并且部分在图4中看到的，第一接触表面15电连接到机械开关组件8的第一端子20a、半导体开关组件10的第一端子21a和电涌放电器组件12的第一端子22a。相似地，第二接触表面16电连接到机械开关组件8的第二端子20b、半导体开关组件10的第二端子21b和到电涌放电器组件12的第二端子22b。
[0024]如在图5中示出的，中断器模块3设置在堆叠24中。应注意该堆叠24可具有任意取向并且可以例如垂直或水平延展。在示出的实施例中，堆叠24中相邻中断器模块3的接触表面15、16彼此邻接并且因此彼此电连接。备选地，可在每两个中断器模块3之间存在传导中间构件。
[0025]在下面，更详细描述组件8、10和12。
[0026]机械开关组件
如本文提到的，机械开关组件8包括至少一个开关9。提供致动器26 (参见图6和7)用于致动开关9。致动器26应例如能够快速操作开关9，例如在毫秒范围内。
[0027]致动器26应例如基于排斥致动概念，例如汤姆逊效应，以便达到高的开断速度。合适的设计例如在US 7235751中并且特别在其中的图23、24中描述。
[0028]每个机械开关组件8具有电力供应27，如在图6中示出的，特别用于操作致动器26。因为中断器模块3在开关8的操作期间通常处于中或高压电势，提供电绝缘馈电器6用于将电力馈送到电力供应27。
[0029]图5和6示出将电力机械馈送到个体中断器模块3的这样的高压绝缘馈电器6的一个实施例。在示出的实施例中，馈电器6包括处于地电势的驱动器28和具有合适长度的绝缘轴29。驱动器28可以操作成使轴29绕它的纵轴旋转。该纵轴并行平行于堆叠24的堆叠方向30而延伸。
[0030]轴29穿过每个中断器模块3中的开口 31。轴29的外侧提供有齿。这些齿通过在每个中断器模块3中可旋转设置的齿轮32而啮合。齿轮32驱动发电机33，其将轴29的旋转转换成电流。该电流被馈送到电力存储单元34,其存储从馈电器6接收的电能。电力存储单元34可例如是电容器或蓄电池。使