用于在中压和高压开关设备内熄灭干扰电弧的方法以及短路装置本身的制作方法

专利名称：用于在中压和高压开关设备内熄灭干扰电弧的方法以及短路装置本身的制作方法
用于在中压和高压开关设备内熄灭干扰电弧的方法以及短路装置本身
本发明涉及一种按权利要求1和3的前序部分所述的用于在中压和 高压开关设备内熄灭干扰电弧的方法，其中将至少一个短路元件连接在 交流电分配器的相之间。
中压开关设备的任务在于，分配能量流并且保证安全的工作管理。 在开关设备内产生的干扰电弧由于其温度而在若干毫秒的时间内产生气 体压力的强烈上升，这可能因爆炸而导致开关设备的破坏。因此采取一 些措施，以尽可能快地降低压力。
电弧的产生可以通过合适的结构方式大大限制，例如通过配电板的 内部划分(隔离)。为此，开关设备的各个配电板具有释压开口或者释 压通道，气体借此可以流出到环境中。干扰电弧的影响可以在此首先通 过降低电弧持续时间进行限制。
已知这种仅仅三相的短路器，它们在空气或者SF6下进行开关。在 各种情况下，由于在重复的开关的情况下高的接通电流而降低断流容量 和绝缘能力。相反在采用真空灭弧室时，这些电特性随着递增的换向数 实际上保持不变。
在由ABBAG制造的开关设备中，为了保护人员而采用包封，其在 出现内部故障时提供充分的保护(例如在气室内形成电弧(干扰电弧) 时)。因出现的干扰电弧而产生的能量流在设备内部控制和分配。为此 相应耐压地构成包封。采取充分的措施防止包封的初熔或熔穿，这些措 施保证装置的耐电弧性并且从而保证开关设备的安全的工作管理。
已经在各种应用中采用短路系统，它们通常针对单相的系统(例如 对地或者设置在相之间)，或者也构成三相的。
由DE19746809A1已知，用于干扰电弧防护装置的短路器应用在设 备中，用于分配电能，其包括一个气体发生器和一个直接由气体发生器 驱动的短路元件，短路元件由一个带有至少一个圆柱形的部段和圆柱形的部段的短路器柱塞构成，应当在一毫秒内实现无反弹的开关过程以及
在几百毫秒优选五百毫秒的时间上传输高的电流，例如100kA。这如下 实现，即短路器活塞包括一个前面的圆柱形的部段，其沖击式地运动到 一个短路部件的同样圆柱形的孔内，并且前面的圆柱形的部段相对于该 孔为间隙配合。
因此本发明的目的在于，继续改进同类的短路开关装置，使得在短 路开关装置中可靠地防止电弧，并且可以可靠地消除在中压或高压开关 设备中的需要熄灭的干扰电弧。
上述目的关于同类的方法方面按本发明通过权利要求1的特征部分 的特征达到。
该方法的有利的实施形式在从属权利要求2中说明。
关于按权利要求3的前序部分的短路开关装置，上述目的按本发明 通过权利要求3的特征部分的特征达到。
其它有利的实施形式在其它从属权利要求中说明。
在方法方面，本发明的核心在于，借助于传感器检测干扰电弧，并 且短路开关元件借助于直接在短路开关元件上作用的火药包弹射到与交 流电导体连接的、与短路开关元件互补地构成的、圆锥形的接触结构上， 使得借助于短路开关元件和交流电导体的互补轮廓，在放弃保持力的情 况下，实现在短路位置上的自锁的保持。
已知的短路器与前置的功率开关配合作用过于緩慢地进行开关。大 多数情况下，它们此外通过其三相的结构在技术上是过于复杂和昂贵的。 在所有三个相上，这些短路器在开关过程中将此前引导电压的电流传导 路径与地线连接或者也连接在各个相之间。这又要求紧凑的复杂的接地 电流传导路径，以便短时间地引导通常高的故障电流。另外在寿命期间 的断流容量和绝缘能力由电流引起地降低。
此外，圆柱形的实施形式在技术上是过于困难的，其中短路开关元 件和对应触点甚至除了间隙底座之外彼此协调。通过正常的支承间隙或 者在点火时的偏差导致不符合目的的弹射，并且尺寸非常精确的圆柱形 轮廓在仅十分之一毫米的偏差的情况下在边缘上安置在对应触点上，该触点不能再准确地弹射并且产生明显的电弧。
本发明在此解决两个重要的技术问题。 一方面，通过传感的最后电 子的干扰电弧探测，保证短的反应时间。另一方面，通过相应互补地构 成轮廊的接触位置，在火药包点火和短路开关元件加速之后不仅尽可能 快地达到短路接触，而且也保持短路接触。通过互补的构造防止在短路 开关元件撞击之后该短路开关元件又可能弹回并且此时又产生电弧。更 准确地说，通过互补的构造保证无电弧的短膝接触。
在此有利地设计，短路开关元件在T《10亳秒的时间内被操作。 在同类的短路开关装置方面，本发明的核心在于，短路开关元件设
有外圆锥，并且与交流电导体电连接的接触结构设有相应互补的圆锥形开口。
外圆锥和内圆锥的这种具体的互补的构造使得短路开关元件的外圓 锥借助于火药包弹射到对应触点的圆锥形开口内并且在那里无需附加的 必要的保持力地固定保持在接触状态中。该特性在此另外称为自锁。由 于接触位置不能再松开，也防止电弧。
在有利的实施形式中设定，圆锥或圆锥形开口的斜坡角在2°和60。 之间。在圆锥造型的这种确定的范围内，保证所述自锁，该自锁可靠地 防止圆锥形的短路触点从圆锥形的开口中弹回。
另外有利地设定，短路开关元件和接触结构设置在真空室内并且产 生单相的短路开关装置。这产生紧凑的但也可靠的结构形式。
另外有利地设定，在交流电导体网络的每两个相之间分别连接一个 短路开关元件和一个接触结构。
另一种变型方案在于，对于交流电导体网络的每个相分别设置一个 短路开关元件和一个接触结构，并且这三个接触结构相互电连接成一个 星形结点。
该星形结点在此可以接地。
在最后优选的实施形式中，短路开关装置设有至少一个传感器，其 设置在中压或高压开关设备的开关元件的区域内并且用于探测干扰电 弧，借此能在T《10ms的时间内操作短路开关装置的点火装置。。
短路器在包括一个或多个配电板的开关设备内直接设置在馈入装置 的电流路径中。在开关过程中，它在故障情况下如此"短，，地闭合各相， 使得并联于馈入开关的电流回路闭合并且可能在输出馈电板中产生的电 弧基本上被熄灭。
需要强调，短路器可以由仅"一个三相的，，真空灭弧室(

图1)或者
"多个单独的"真空灭弧室(图2)构成。如果单独的"多个"(例如 三个)真空灭弧室呈星形接线，那么星形结点可以接地。在接地的情况 下，在开关设备内采用较复杂的接地电流传导路径是必要的。真空技术 的采用在整个寿命期间保证与电流无关的、保持不变的功能性。
通过电弧时间的迅速降低，也就是说在故障情况下通过显著降低开 关设备内的机械负载和热负载，可以开发和制造廉价的、紧凑的配电板 和部件。本发明在空气绝缘的或气体绝缘的"初级或次级分配"的中压 开关设备中得到应用。
描述在闭合的或打开的开关设备中用于熄灭干扰电弧的装置，它特 别是由于相(R、 S; S、 T)之间通过"两"个真空灭弧室或者"一个" 真空灭弧室的短路而将三个相(R、 S、 T)在故障情况下相互短路。在 出现故障时，在此是在出现干扰电弧时，这两个真空灭弧室或者这一个
"三相的"真空灭弧室闭合，干扰电弧的电流转入到真空灭弧室内。这 通过采用火药包实现，其设置在真空灭弧室的一侧并且在点燃之后使得 可运动地构成的导体朝固定触点的方向加速。为了在接通该单元(短路) 之后固定地连接两个导体，两个导体接触件(开关接触件和固定接触件) 其一构成为圆锥形的并且另 一构成为插口形的，使得在接通之后出现所 谓的"自锁"并且将两个构件保持在闭合的状态。在接通状态中持续施 加的压紧力是不必的。
如果短路器由仅"一个"真空灭弧室构成，那么该真空灭弧室包含 各相(R、 S、 T)的三个导体，该结构对应于星形。但是在这种布置中 的星形结点可以不接地。该装置这样构成，使得两个导体固定地装入到 真空灭弧室内，并且一个导体与这两个导体垂直并且构成为可运动的。
6可运动地构成的导体通过火药包在爆炸之后朝两个另外的导体的方向加 速并且在该装置中造成三相的短路。该真空灭弧室也包含用于在短路之 后在接通的位置(短路的位置)保持自锁的接触件。
在图1中描述包括导体R、 S、 T、 8和5的三相的短路器-真空灭 弧室，它除了两个固定地焊入到真空灭弧室内的输入线8之外还具有一 个可运动的输入线5。在可运动的输入线5上，在真空6外部并且在盖子 4上方有一个柱塞2，该柱塞可以如图所示地构成。在柱塞上方有一个火 药包l，该火药包将柱塞2保持在上面的位置上，使得接触件7、 8保持 间距。将柱塞2保持在该位置上的另一种可能性可以通过在柱塞与盖子 3之间的细丝或者杆实现。在故障情况下，火药包l在检测(光传感器十 电子评价单元+触发装置—点火输出端)和触发之后发生爆炸。在压力 室(在此构成为耐压的盖子3 )中，柱塞与可运动的输入线5 —起向真空 灭弧室内加速。在两个导体之间的绝缘由绝缘体9承担。在此，接触位 置7和8非常迅速地闭合。输入线接触件7相应地构成圆锥形的，使得 在接通(接触件闭合)之后，各接触件由于机械自锁而保持在接通的位 置上。真空密封性可以如图所示地通过一个波紋管实现。向可运动的一 侧的电流传输可以通过多触点滑动系统(Multikontaktgleitsystem )或者 通过导电带方案实现。
在图2中描述单相的短路器-真空灭弧室9，它可以连接在三个导体 R、 S和S、 T之间。另外存在如下可能性，即每个相设置一个真空灭弧 室9。在此可以使产生的星形结点构成敞开的，或者也可以构成接地的。 真空灭弧室9除了一个带有接触区域8的固定焊入的输入线1之外还具 有一个可运动的输入线5。在两个导体之间的绝缘由绝缘体9承担。在带 有构成圆锥形的接触区域7的可运动的输入线5上，在真空外部并且在 盖子4上方有一个柱塞2，该柱塞可以如图所示地构成。在柱塞2上方有 一个火药包l,该火药包将柱塞2保持在上面的位置上，使得接触件在真 空6中保持间距。将柱塞保持在该位置上的另一种可能性可以通过在柱 塞与盖子3之间的细丝或者杆实现。在故障情况下，火药包l在检测(光 传感器+电子评价单元+触发装置—点火输出端)和触发之后发生爆炸。在压力室(在此构成为耐压的盖子)中，柱塞与可运动的输入线一起向 真空灭弧室内加速。在此，接触位置非常迅速地闭合。输入线接触件相 应地构成圆锥形的，使得在接通(接触件闭合)之后，各接触件由于机 械自锁而保持在接通的位置上。真空密封性可以如图所示地通过一个波 紋管实现。向可运动的 一侧的电流传输可以通过多触点滑动系统或者通 过导电带方案实现。
在图3中描述包括三个相R、 S、 T的电路图。为了保护，在三个相 的区域内有"三相的，，短路器l，其按图l构成并且与所述三个相连接。 如果在各相之间或者朝地线出现干扰电弧3，那么电弧例如被光学地检 测并且通过控制单元2使得火药包在真空灭弧室1内爆炸。在接触件闭 合之后，电流通入到真空灭弧室1内，并且干扰电弧3熄灭。
在图4中描述包括三个相R、 S、 T的电路图。为了保护，在三个相 之间有"单相的，，短路器l，其按图2构成并且与各相(R、 S; S、 T) 连接。如果在各相之间或者朝地线出现干扰电弧3，那么电弧例如被光 学地检测并且通过控制单元2使得火药包在真空灭弧室1内爆炸。在接 触件闭合之后，电流通入到真空灭弧室1内，并且干扰电弧3熄灭。
权利要求
1. 用于在中压和高压开关设备内熄灭干扰电弧的方法，其中将至少一个短路开关元件连接在交流电分配器的各相之间，其特征在于借助于传感器检测干扰电弧，并且短路开关元件借助于直接在短路开关元件上作用的火药包弹射到与交流电导体连接的、与短路开关元件互补地构成的、圆锥形的接触结构上，使得借助于短路开关元件和交流电导体的互补轮廓，在放弃保持力的情况下，实现在短路位置上的自锁的保持。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于短路开关元件从出现 干扰电弧开始在T《10毫秒的时间内产生。
3. 用于中压或高压开关装置的短路开关装置，其中短路开关元件设 有操作火药包，短路开关元件能够通过操作火药包加速到交流电导体结 构上，其特征在于短路开关元件设有外圆锥，并且与交流电导体电连 接的接触结构设有相应互补的圆锥形开口 。
4. 根据权利要求3所述的短路开关装置，其特征在于圆锥或圆锥 形开口的斜坡角在2°和60°之间。
5. 根据权利要求2或3所述的短路开关装置，其特征在于短路开 关元件和接触结构设置在真空室内并且产生单相的短路开关装置。
6. 根据权利要求3至5之一所述的短路开关装置，其特征在于在 交流电导体网络的每两个相之间分别连接一个短路开关元件和一个接触 结构。
7. 根据权利要求3至5之一所述的短路开关装置，其特征在于对 于交流电导体网络的每个相分别设置一个短路开关元件和一个接触结 构，并且这三个接触结构相互电连接成一个星形结点。
8. 根据权利要求7所述的短路开关装置，其特征在于所述星形结 点接地。
9. 根据权利要求3至8之一所述的短路开关装置，其特征在于短 路开关装置包括至少一个传感器，所述传感器设置在中压或高压开关设 备的开关元件的区域内并且用于探测干扰电弧，借此能在T《10ms的时 间内操作短路开关装置的点火装置。
全文摘要
本发明涉及一种按权利要求1和3的前序部分的用于在中压和高压开关设备内熄灭干扰电弧的方法，其中将至少一个短路元件连接在交流电分配器的各相之间。为了在此较可靠地灭弧，按本发明设定，借助于传感器检测干扰电弧，并且短路开关元件借助于直接在短路开关元件上作用的火药包弹射到与交流电导体连接的、与短路开关元件互补地构成的、圆锥形的接触结构上，使得借助于短路开关元件和交流电导体的互补轮廓，在放弃保持力的情况下，实现在短路位置上的自锁的保持。
文档编号H01H39/00GK101454859SQ200780019966
公开日2009年6月10日 申请日期2007年5月25日 优先权日2006年5月30日
发明者D·根奇, H·芬克 申请人:Abb技术股份公司