用于通断高电压的装置和方法与流程

用于通断高电压，特别是用于通断70kv至1200kv范围内的电压的装置包括功率开关。这种功率开关具有通过固定和/或可动接触件，特别是额定电流接触件和电弧接触件的接触，其中在通断时出现电弧并且可以消除电弧。断路器单元，即功率开关接通或断开至少一个电流路径，特别是每极的电流路径。由此可以互相分离或互相连接发电机和/或用电器和/或电网的部件。例如，设计具有至少三个功率开关，特别是每极至少一个功率开关的三极装置，以便单独地、一起依次或同时地开关，即分离或接通三个电流路径。

这特别是在在电网中出现故障电流、设备干扰时或者在接通或断开发电机和/或用电器时可能是必要的。调节地或者控制地，例如根据装置的测量参量和/或根据能量需求来进行通断。合适的装置，例如电流电压测量装置、用于温度，气压或故障的传感器可以包括在用于通断高电压的装置中，例如以便分散地或者集中地，特别是从控制室来控制通断。

为了通断大的电压，用于通断的装置可以每极包括多个断路器单元，特别是依次电气串联连接的断路器单元。例如，四重中断装置可以包括四个依次串联连接的断路器单元，由此例如将1200v的开关电压降低到每个断路器单元的300v的电压。具有多个断路器单元的模块化结构能够使该装置低成本地适配于所需的最大开关功率、能够使用技术上简单且低成本地实现的、具有较低的最大开关功率或电压的断路器单元，并且能够实现紧凑的结构。串联连接的断路器单元在通断时必须同步地，即基本上同时通断。

在通断时，接触的可动接触件通过运动链的元件运动，其中接触被断开或者被接通。驱动器提供通断过程所需的动能。作为驱动器，例如可以使用具有至少一个储能弹簧和/或电动机的弹簧储能机构。可以使用手摇柄和/或电动机将能量提供给储能弹簧，该储能弹簧存储能量直至开关时间点。多极开关可以在每极具有至少一个驱动器，或者具有用于多极的共同的驱动器。弹簧储能机构包括至少一个接通弹簧和至少一个断开弹簧，或者用于接通和断开运动的共同的弹簧。

在通断时，运动链的元件将动能从驱动器传递到电气接触的可动的接触件。运动链的元件可以包括诸如轴和杠杆的传动元件，以改变例如通过开关杆传递到可动接触件的运动方向和力。对于快速通断，特别是在毫秒范围内的快速通断，需要大的力和快速的运动。同步通断要求同步运转，即分别同时通断所有串联连接的断路器单元。标准要求最大的时间偏差，即接通过程中的在施加到该装置的电压振荡的振荡周期的六分之一以内的同步运转。在断开过程中，标准要求所有断路器单元的在施加到该装置的电压振荡的振荡周期的八分之一以内的同步运转。

在周期性重复的振荡中，特别是在具有频率为50或60hz的正弦振荡中，所有串联连接的断路器单元的接通因此在50hz时在三百分之一秒内或者在60hz时在三百六十分之一秒内进行，并且所有串联连接的断路器单元的断开在50hz时在四百分之一秒内或者在60hz时在四百八十分之一秒内进行。为了实现这一点，在使用多个驱动器时，特别是针对每个断路器单元使用一个驱动器或者例如在四个串联连接的断路器单元的情况下针对每对断路器单元使用一个驱动器时，使驱动器电气同步。

断路器单元布置在支架或者支承单元上。支承元件包括例如由陶瓷和/或硅酮制成的绝缘子，绝缘子特别是布置在基座上的例如由钢或铝制成的金属支架上。支承元件可以设计为柱状并且垂直于基座的平面布置。出于稳定性原因，两个断路器单元可以分别组合成一个开关单元或开关头并且对称地布置在支架上。断路器单元可以沿着其纵向轴线依次电气串联连接地布置，并且机械稳定地固定在支承元件的上端，即背向基座的一端。在此，支架与布置在支架上的开关单元形成例如t形，其中开关单元的纵向轴线特别是基本平行于基座延伸。

四重中断装置的一极包括例如两个支承元件，支承元件分别具有位于其上的开关头。将开关头相互布置，使得它们的纵向轴线处于共同的纵向轴线上，并且所有四个断路器单元彼此串联连接。具有开关头的每个支承元件具有驱动器和用于将开关运动从驱动器传递到相应开关头的运动链的元件。同步的通断要求特别是两个驱动器的电气同步，这种电气同步应该补偿驱动器、运动链和断路器单元中的差异，从而确保通断中的同步运转。电气同步的调节是复杂、耗时且昂贵的。

因此，本发明要解决的技术问题是避免或减少之前描述的问题。特别地，要解决的技术问题是提供一种用于通断高电压的装置和方法，该装置和方法能够在通断时简单且低成本地实现断路器单元的同步运转或同步。

所述技术问题根据本发明通过具有根据权利要求1的特征的、用于通断高电压的装置和/或通过根据权利要求13的用于开关上述装置的方法来解决。在从属权利要求中给出了根据本发明的用于通断高电压的装置的有利的设计方案和/或用于通断上述装置的方法的有利的设计方案。在此，独立权利要求的对象可以相互组合，并且独立权利要求的对象可以与从属权利要求的一个或多个特征组合。

根据本发明的用于通断高电压的装置包括具有至少两个串联连接的开关单元的开关间隔，其中每个开关单元分别包括至少一个支承元件和用于传递至少一个驱动器的开关运动的运动链的元件。至少两个开关单元的支承元件机械地通过至少一个耦合元件相互连接。

耦合元件可以实现至少两个串联连接的开关单元的机械连接。由此可以实现对开关单元的同步运转或同步的机械调节，特别是通过经由布置在耦合元件和/或支承元件上或中的运动链的元件改变至少一个驱动器和至少一个开关单元之间的距离来调节。这相对于电气同步节省了成本，消耗和时间。此外，耦合元件此外导致支承元件的机械稳定，其方法是这些支承元件通过至少一个支承元件相互支撑。特别是在地震危险和/或诸如风暴的其它天气条件的情况下，高的机械稳定性是必要的。

每个开关单元可以具有至少两个功率开关形式的断路器单元，特别是具有电阻器和/或电容器单元。通过使用分别布置在支承元件上的、分别具有两个断路器单元以及特别是诸如电阻器和/或电容器元件的另外的电气单元的两个开关单元，可以简单地制造四重中断装置。两个支承元件通过耦合元件彼此机械耦合，并且与支承元件相关联的开关单元可以借助耦合元件在开关技术上同步。在此，通过特别是四个功率开关、电阻器和/或电容器单元可以借助串联连接的功率开关简单且低成本地通断高电压。

至少一个耦合元件可以具有至少一个支架，特别是横向支架，该横向支架将至少两个开关单元的支承元件相互连接。横向支架可以通过其定向简单且低成本地补偿例如开关单元的支承元件的高度偏差，从而使得至少一个驱动器到开关单元或断路器单元的距离相等，以确保特定的最小同步运转。

至少两个开关单元的支承元件可以垂直于基座布置，特别是彼此平行地布置，其中开关单元分别在支承元件上布置在支承元件的一个端部上，即布置在背向基座的一侧。在支承元件的下部区域中可以布置至少一个耦合元件，特别是平行于基座的耦合元件。该装置通过经由耦合元件的加固是机械稳定的。如上所述，可以通过布置平行于基座的耦合元件来补偿高度偏差，例如开关单元的支承元件的高度偏差。

至少两个开关单元的驱动器可以设计为共同的驱动器，特别是布置在至少一个耦合元件上。驱动器可以居中地布置在至少两个开关单元之间和/或支承元件的中心轴线之间。由于在耦合元件上的、在两个开关单元之间的居中布置，驱动器和开关单元之间的距离是相同的，即两个开关单元的通断的良好的机械同步是可能的。该装置可以是镜像对称的，其中镜像轴线垂直地延伸穿过居中的驱动器。用于两个开关单元的运动链的相似的元件可以实现高度的同步运转，即以较小的最大开关时间点偏差同时通断开关单元。驱动器例如可以是储能弹簧机构，特别是具有接通和断开弹簧的储能弹簧机构。由此可以以简单的方式、低成本地实现用于以高度的同步运转进行通断的装置。

至少两个开关单元可以沿着共同的纵向轴线依次布置，特别地，至少四个断路器单元沿着共同的纵向轴线依次布置并且特别是电气串联连接。纵向轴线可以特别是基本平行于基座。相应的开关单元的支承元件可以布置在开关单元的中央，特别地，在相应的开关单元的支承元件的两侧具有相同数量的断路器单元。通过根据本发明的装置的所描述的结构给出了具有相应的支承元件的两个t形的开关单元，其中开关单元沿着轴线布置并且可以实现简单的串联连接。

基座上的高度差异例如可以通过不同长度的支承元件补偿，并且可以通过例如与支承元件成直角地布置耦合元件来确保同步运转。替换地，支承元件可以是长度相同的，其中通过平行于基座平面地布置耦合元件来实现高度的同步运转。耦合元件在机械上使支承元件稳定，并且可以实现特别是距离两个开关单元具有相同距离的、居中布置的驱动器的布置。替换地，可以使用多个驱动器，例如两个驱动器，这些驱动器固定在耦合单元上，从而存在驱动器经由运动链的元件到两个开关单元的相同的距离。两个驱动器的运动链的元件的偏差还可以通过将驱动器的错位来补偿，用以实现具有驱动器到两个开关单元的相同距离的布置。同步运转可以通过沿着耦合元件移动一个驱动器或者相互移动两个驱动器来实现。同步运转还可以通过使耦合元件相对于支承元件倾斜来实现，由此可以补偿运动链的运行偏差。

该装置可以是功率开关形式的四重中断装置，该装置具有四个串联连接的、特别是沿着共同的纵向轴线布置的断路器单元，其中分别有两个断路器单元布置在一个支承元件上，并且支承元件通过以过梁的形式构造的至少一个耦合元件相互机械连接，特别地，耦合元件的纵向轴线基本上平行于断路器单元的共同的纵向轴线地布置。断路器单元的特别是共同的驱动器可以布置在耦合元件上，例如居中地布置在耦合元件上。所描述的结构使得能够，例如利用用于较低电压的标准功率开关，以较低的成本并且高度同步运转地通断高电压，特别是高达1200v的电压。同步运转在机械上通过使用耦合元件来实现，例如通过改变驱动器在耦合元件上的位置，并且由此通过改变驱动器与断路器单元之间的经由运动链的元件的距离来实现。

根据本发明的装置可以包括运动链的元件，该运动链的元件用于将开关运动从至少一个驱动器传递到至少两个开关单元的断路器单元。运动链的元件可以布置在耦合元件上或耦合元件中和/或布置在支承元件上或支承元件中，并且将由驱动器产生的运动作为开关运动传递到断路器单元。通过改变耦合元件相对于支承元件和/或驱动器的位置和/或形状来一同确定和/或设定经由支承元件上或中的和/或耦合元件上或中的运动链的元件的路径或路径的长度，由此可以实现开关运动和开关时间点的高度的同步运转。

至少两个开关单元的支承元件可包括绝缘子，特别是由硅酮、复合材料和/或陶瓷制成的绝缘子。至少两个开关单元的支承元件可包括金属支架，特别是由铝和/或钢制成的金属支架。支承元件可以由绝缘子元件和/或金属支架元件组成。例如，支承元件可以构建为柱状，具有由绝缘材料制成的上部区域，特别是带有肋条的圆柱形绝缘子，以及由金属支架构成的下部区域，特别是圆柱形的和/或t形支架形的金属支架。金属支架还可以设计为金属底座，和/或例如作为支承元件的绝缘子可以特别是作为绝缘子柱垂直竖立地布置在金属底座上。开关单元可以布置在绝缘子柱上，并且运动链的元件可以可运动地布置在耦合元件、绝缘子柱和/或金属底座上或中。驱动器可以布置在耦合元件上，其中耦合元件可以是金属底座的一部分。

可以包括电气绝缘流体，特别是液体和/或气体，特别是sf6、氮气、干燥空气、二氧化碳、氟酮和/或氟腈。至少一个绝缘子和/或断路器单元可以用电气绝缘流体，特别是液体和/或气体，特别是sf6、氮气、干燥空气、二氧化碳、氟酮和/或氟腈填充。

经由运动链的元件从驱动器到至少两个、特别是到所有断路器单元的距离可以是相同的，特别地，从驱动器到每个断路器单元分别具有相同数量和相同设计的运动链的元件，特别地，具有居中地布置在至少两个开关单元之间并且布置在耦合元件上的、用于所有断路器单元的共同的驱动器。由此可以以简单的方式、低成本地、机械地实现高度的同步运转。

如上所述，支承元件可以具有不同的长度，特别是用于补偿基座的高度偏差，和/或至少一个耦合元件可以布置在支承元件上，使得从驱动器经由运动链的元件到开关单元的距离是一样长的，特别是当在基座中存在高度偏差时，开关单元到至少一个耦合元件在开关单元上的固定点的距离是一样长的。由此同样可以以简单的方式、低成本地、机械地实现高度的同步运转。通过耦合元件和驱动器相对开关单元的位置，可以实现同步运转并且可以容易地再调节同步运转。能够针对至少两个、特别是所有开关单元使用共同的驱动器，这减少了成本和消耗。

根据本发明的用于通断之前描述的装置的方法包括：在触发开关过程时由刚好一个驱动器，特别是由弹簧储能机构提供动能，并且动能经由运动链的元件传递到至少两个开关单元，特别是四个断路器单元，特别是功率开关的形式的断路器单元。两个开关单元和/或四个断路器单元电气串联连接，并且每个开关单元支承在支承元件上。至少两个支承元件经由共同的耦合元件连接，并且动能经由布置在支承元件和/或耦合元件中或上的运动链的元件传递。

在接通过程中，所有断路器单元的同步运转可以在施加到该装置的电压振荡的振荡周期的六分之一以内，特别是在具有频率为50hz或60hz的周期性重复振荡、特别是正弦振荡的振荡周期的六分之一中。

在断开过程中，所有断路器单元的同步运转可以在施加到该装置的电压振荡的振荡周期的八分之一以内，特别是在具有频率为50hz或60hz的周期性重复振荡、特别是正弦振荡的振荡周期的八分之一中。

根据权利要求13的、根据本发明的用于通断之前描述的装置的方法的优点类似于根据权利要求1的用于通断高电压的装置的之前描述的优点，反之亦然。

下面在图1和图2中示意性示出，并且随后更详细地描述根据现有技术的用于通断高电压的装置以及本发明的实施例。

在此：

图1示意性地以侧视图示出了根据现有技术的用于通断高电压的四重中断装置1，该装置具有两个独立的、电气同步的驱动器8，并且

图2示意性地以侧视图示出了根据本发明的用于通断高电压的四重中断装置1，该装置具有共同的、布置在耦合元件10上的驱动器8。

在图1中示意性地以侧视图示出了根据现有技术的用于通断高电压的四重中断装置1。装置1具有开关间隔，该开关间隔包括两个串联连接的、分别具有两个串联连接的断路器单元6的开关单元2、3。具有断路器单元6的开关单元2、3分别以开关头的形式形成，该开关头分别布置在支承元件4、5上。根据功率开关形式设计的开关单元2、3的两个断路器单元6沿着其纵向轴线在空间上依次布置在共同的轴线12上并且经由连接法兰14相互连接。在连接法兰14的区域中或者经由连接法兰14，断路器单元6被固定在开关单元3、4的相应的支承元件4、5上。

两个开关单元2、3的两个支承元件4、5分别以柱的形式形成。在图1的实施例中，柱由不同的区域组成，例如由固定在开关单元2、3的相应的连接法兰14处的、并且布置在金属支架上的绝缘子组成。金属支架布置在柱或者支承元件4、5的下部区域11中并且例如以柱的形式和/或t形支架的形式形成。支承元件4、5布置在例如基座上，并且特别是经由例如螺栓或者通过浇注混凝土与该基座固定。特别地，支承元件4、5基本上垂直于基座的平面。

支承元件4、5分别与相关联的开关单元2、3形成t形，其中从支承元件4、5来看的右侧和左侧布置有相应的开关头2、3的断路器单元6。在图1的实施例中，基座是平坦的且水平的，其中支承元件4、5具有相同的高度。两个开关单元2、3的断路器单元6以其相应的纵向轴线依次布置在共同的纵向轴线12上，并且电气串联连接。在串联电路的开端和末端处，即在依次布置的四个断路器单元6的开端和末端处，装置1具有电气连接端9，以便将该装置例如与要连接的电网、发电机和/或用电器电气连接。

在每个支承元件4、5上布置有驱动器8，特别是在下部区域11中固定在支承元件4、5上。驱动器8例如以具有接通弹簧和断开弹簧和/或电动机的弹簧储能机构的形式形成。在通断时，驱动器8提供用于使断路器单元6的可动接触件运动所需的动能。运动链的元件7，例如以轴、杆和/或传动部件的形式布置在支承元件4、5上或其中，用于将来自驱动器8的动能传递到中断器开关6的可动接触件，即在通断时用于传递开关运动。运动链的元件7在图中示意性地通过虚线表示。

两个开关单元2、3的两个驱动器8彼此电气连接并且电气同步，以便在通断时实现两个开关单元2、3的断路器单元6的同步运转。在制造中的以及在安装时的偏差或公差可能导致经由具有相应支承元件4、5的两个开关单元2、3的两个运动链7运动的不同的运行时间。在接通过程中，标准要求所有断路器单元6利用断路器单元6的开关时间点的在施加到装置1上的电压振荡的振荡周期的六分之一以内的偏差同步运转。在断开过程中，要求如下的同步运转，在该同步运转中，所有断路器单元6利用断路器单元6的开关时间点的在施加到装置1上的电压振荡的振荡周期的八分之一以内的偏差通断。

特别地，在周期性重复的振荡，例如频率为50或60hz的正弦振荡中，断路器单元6的开关时间点的最大允许的偏差，即同步运转在毫秒范围内。两个驱动器8的考虑到例如由于制造公差的在运动链7中的差异，并且导致所需同步运转的电气同步是复杂且昂贵的。例如，可能需要针对每个装置1的复杂的一系列测试。

图2示意性地以侧视图示出了根据本发明的用于通断高电压的四重中断装置1。装置1类似于图1的装置1，但是该装置具有用于所有四个断路器单元6的耦合元件10和共同的驱动器8。耦合元件10以过梁的形式形成，并且特别是通过其端部分别布置在两个开关单元2、3的支承元件4、5上。耦合元件10在支承元件4、5上的固定例如可以通过旋接、焊接、胶合或者其它连接技术实现。共同的驱动器8居中，即以到两个支承元件4和5相等的距离布置并且固定在耦合元件10上。

通过使用用于所有四个断路器单元6的驱动器8，相对于具有两个驱动器8的图1的实施例节省了成本。通过仅使用一个驱动器8可以省去多个驱动器8的电气同步，从而节省了时间、消耗和成本。断路器单元6的开关时间点的同步通过运动链的元件7和/或通过驱动器8在耦合元件10上的布置以及耦合元件10在支承元件4、5上的布置机械地进行。第一和第二开关单元2、3的运动链7的差异可以通过改变驱动器8在耦合元件10上的位置和/或通过改变耦合元件相对于相应的开关单元2、3的位置来补偿，由此通过运动链的元件7确定驱动器8到两个开关单元2、3的距离。

因此，如图2所示，耦合元件10可以平行于基座布置，或者当第一开关单元2的运动链的元件7相对于第二开关单元3的运动链的元件7存在差异时，该差异可以通过倾斜的，即不平行于地面布置的耦合元件10补偿。基座中的高度差异和/或支承元件4、5的长度差异同样可以通过耦合元件10在支承元件4、5上的布置补偿。因此，例如可以将耦合元件10布置在支承元件4、5上，使得形成经由运动链7从驱动器8到第一和第二开关单元2、3的相同长度的传递路径。

之前描述的实施例可以相互结合和/或可以与现有技术相结合。例如，开关单元2、3，特别是每个断路器单元6可以包括电阻器，电容器和/或屏蔽件，为简单起见在附图中未被示出。设计为细长的电阻器和/或电容器可以在空间上平行于例如以功率开关的形式形成的断路器单元6布置。耦合元件10可以由一个物件制成，例如由钢或者铝制成，和/或设计为具有布置在支架上的运动链的元件7的t形支架，或者设计为例如具有正方形或圆形横截面的、具有布置在支架中的运动链的元件7的空心体。通过经由耦合元件10连接支承元件4、5可以实现装置1的机械稳定，机械稳定在例如诸如风或地震的环境影响的情况下导致装置1的更高的可靠性。

装置1可以包括分别具有支承元件10的多于两个的开关单元2、3，其经由耦合元件10与至少两个支承元件10，特别是与所有的支承元件10连接。也可以包括多个支承元件10。开关单元2、3可以包括一个、两个或者更多个断路器单元10。因此，如图所示，在每个开关单元2、3中可以彼此线性地布置两个断路器单元，或者在每个开关单元2、3中可以y形地布置例如三个断路器单元。

附图标记列表

1用于通断高电压的装置

2第一开关单元

3第二开关单元

4第一开关单元的支承元件

5第二开关单元的支承元件

6断路器单元

7运动链的元件

8驱动器

9电气连接端

10耦合元件

11支承元件的下部区域

12断路器单元的共同的纵向轴线

13耦合元件的纵向轴线

14连接法兰