用于在高压技术中并联地开关切换高电流的装置和方法与流程

本发明涉及一种用于在针对极的高压技术中开关切换(schalten)高电流的装置和方法，所述装置具有至少一个第一触头和至少一个第二触头。触头具有至少两个接触件，所述接触件在闭合的开关状态中相互间处于电接触和/或机械接触中。

用于在高压技术中开关切换高电流的装置例如由ep0024252a1已知。在此，高压断路器包括两个触头，即分别具有两个接触件的第一和第二触头。第一触头作为主开关位点布置在绝缘壳体中。第二触头作为辅助开关位点与电阻串联连接并且与电阻共同布置在绝缘壳体中。电阻在开关时用作接通电阻。如果两个触头是断开的，则首先闭合具有电阻的第二触头、即辅助开关位点，而第一触头、即主开关位点断开。通过电阻限制了流过辅助开关位点的电流。

在闭合主开关位点时，辅助开关位点被旁路绕过并且电流主要流过主开关位点，所述主开关位点设计为额定电流触头。额定电流触头还表示，所述触头设计用于承载较大的电流强度。通过辅助开关位点借助与辅助开关位点串联的电阻对电流强度的限制实现了将辅助开关位点设计用于较小的电流强度。辅助开关位点的接触件由此能够使用更小的直径并且因此使用更小的质量，它们与额定电流触头相比能够更容易地加速并且因此更快速地开关切换。类似于具有电弧和额定电流触头的高压断路器，在接通的状态下，电流主要流过额定电流触头，并且与电阻串联连接的辅助开关位点用于减少开关过程中的电弧。总是在第二触头闭合时、也就是在辅助开关位点闭合时进行第一触头、也就是额定电流触头的开关切换。

流过用于开关切换高电流的装置的最大电流、并且由此高压断路器的开关切换能力基本上通过额定电流触头确定。在接通的状态中，具有电阻的第二触头、即辅助开关位点被第一触头、即额定电流触头旁路绕过。高压断路器的最大电流和最大可切换电压的提高基本上受到针对额定电流触头的设计可能性的限制。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于在高压技术中开关切换高电流的装置和方法。本发明所要解决的技术问题尤其在于，相对于由现有技术已知的用于开关切换的装置，简单并且成本低廉地提高最大电流和/或最大可切换电压。

该技术问题按本发明通过具有按照权利要求1所述特征的用于在针对极的高压技术中开关切换高电流的装置、具有按照权利要求12所述特征的用于开关切换的装置和/或通过根据权利要求13所述的用于尤其在使用前述装置的情况下在高压技术中开关切换直流电流和/或交流电流的方法解决。按照本发明的用于在高压技术中开关切换高电流的装置和/或用于尤其在使用前述装置的情况下在高压技术中开关切换直流电流和/或交流电流的方法的有利设计方案在从属权利要求中给出。在此，独立权利要求的技术方案彼此间能够相互组合并且独立权利要求的技术方案能够与从属权利要求的特征相互组合以及从属权利要求的特征彼此间能够相互组合。

按照本发明的用于在针对极的高压技术中开关切换高电流的装置包括至少一个第一触头和至少一个第二触头，其中，触头具有至少两个接触件。触头的接触件在闭合的开关状态(或称为切换状态)中相互间处于电接触和/或机械接触中。所述至少一个第一和至少一个第二触头分别设计为彼此并联连接的额定电流触头。额定电流触头意味着所述触头设计为具有较高电流承载能力的触头，尤其用于大于1至100ka范围内的短路电流，对于开关电压则不超过1200kv。

将并联连接的至少两个触头设计为额定电流触头能够相对于现有技术中的用于开关切换的已知装置提高最大可能电流，在所述已知装置中，针对每个极只使用一个额定电流触头并且使用与电阻串联连接的电弧或辅助开关位点，并且所述电弧或辅助开关位点只具有较小的电流承载能力。按照本发明的装置尤其设计用于开关切换直流电流。

额定电流接触件能够以这样的开关切换顺序切换，即在开关切换第一额定电流触头时第二额定电流触头是断开的。这能够实现将至少一个第二额定电流触头简单地设计为不具有用于熄灭电弧的吹气喷嘴和/或不具有电弧接触件。由此可以简单并且成本低廉地构造用于开关切换的装置，并且能够实现以较少的力消耗和以较高的开关切换速度进行切换。

至少一个第一触头和至少一个第二触头可以布置在共同的壳体中。共同的壳体节省成本、重量并且形成紧凑的结构。

在接通的状态中，通过第二额定电流触头的电流可以相当于通过第一额定电流触头的电流的20至90％，尤其是至少40％。由此在整体上实现了装置的较高电流承载能力，其中，尤其对于第二触头可以取消吹气喷嘴和电弧触头。

在开关切换至少一个第一额定电流触头时，至少一个第二额定电流触头可以总是处于断开的开关状态中，具有前述的优点。

所述壳体可以包括绝缘体、尤其是在外部带肋或者说突起条纹的由硅酮(聚硅氧烷)和/或陶瓷和/或复合材料制成的绝缘体。带肋的绝缘体在外侧具有较高的爬电路径并且形成良好的电绝缘性。硅酮和陶瓷能够成本低廉、简单地制造并且具有良好的电绝缘体性能。

所述装置可以是t形的并且包括共同的、电绝缘的支柱，尤其具有能移动地布置在支柱的内部和/或尤其与共同的驱动器在运动学上相连的开关杆。在此，t形的装置可以包括两个基本上垂直于支柱地沿相反的方向布置的、尤其是管状的绝缘体。绝缘体的相应纵轴线可以基本上布置在共同的轴线上并且每个绝缘体可以分别包括至少两个额定电流触头。因此形成至少两对并联连接的额定电流触头，其中，所述两对额定电流触头可以串联地彼此相继地连接。相对于构造相同的单独的额定电流触头，额定电流触头的并联连接提高了装置的电流承载能力并且额定电流触头的串联连接提高了装置的可切换电压。形成了所述装置的成本低廉和简单的结构，其具有较高的电流承载能力和较高的开关电压或者在断开的开关状态中实现了较高的耐压强度。

所述额定电流触头可以通过至少一个传动机构在运动学上相互耦连，以便转换和传递开关运动，尤其通过在配属的第一额定电流触头断开的情况下开关切换相应的第二额定电流触头实现。传动机构可以将由共同的驱动器提供的接通运动传递至所述至少一个第一额定电流触头，尤其在时间上延迟地传递至所述至少一个第二额定电流触头或者在时间上同时地传递至所有的额定电流触头。传动机构可以将由共同的驱动器提供的切断运动传递至所述至少一个第二额定电流触头，尤其在时间上延迟地传递至所述至少一个第一额定电流触头或者在时间上同时地传递至所有的额定电流触头。传动机构的使用实现了在使用仅一个共同的驱动器的情况下以前述优点按定义地传递不同的开关顺序，由此实现了所述装置的简单并且成本低廉的结构。也可以使用主传动机构和副传动机构，它们尤其分别布置在两个串联连接的额定电流触头之间，用于延迟地或者不延迟地将开关切换运动传递至并联连接的额定电流触头对上。由此实现了紧凑、简单并且成本低廉的开关切换装置。

所述装置可以设计用于开关切换直流电压和/或交流电压，尤其不超过1200kv。

至少一个、尤其是所有的额定电流触头可以配置有至少一个电弧触头，和/或至少一个、尤其是所有的额定电流触头可以配置有至少一个吹气喷嘴。因此，所有的触头可以具有吹气喷嘴和/或电弧触头，由此能够实现非常高的的可切换功率或者非常高的可切换电流和/或电压，同时能够熄灭在任何触头上形成的电弧。备选地，也可以为一对额定电流触头配置吹气喷嘴和/或电弧触头，并且另一对额定电流触头设计为不具有配属的吹气喷嘴和/或不具有配属的电弧触头。通过由此简化的装置结构可以尤其在相同或者提高的开关切换速度中减少成本和开关切换时需要移动的质量。所述用于开关切换的装置可以包括四个额定电流触头，两个第一额定电流触头在相应的额定电流触头上包括吹气喷嘴，并且两个第二额定电流触头设计为不具有吹气喷嘴。

所述额定电流触头可以分别由两个接触件、尤其是两个空心柱形的接触件组成，所述接触件具有50至200mm、尤其是80至150mm的直径。所述接触件可以由传导性良好的金属、尤其是铜、铝或者钢构成。接触件的接触面镀银和/或包含碳。由此能够使较高的电流以低损耗、也就是以在接通状态中在触头上较小的电阻流过所述装置。由此在简单和成本低廉的装置结构的同时确保了较高的电流承载能力。

所述装置可以包括在三极的开关设备中，所述开关设备尤其针对每个极具有前述的装置。三极的开关设备可以针对每个极具有前述的装置和之前针对每个极所述的优点。

按照本发明的用于尤其通过使用前述的装置在高压技术中开关切换直流电流和/或交流电流的方法包括，至少两个并联连接的额定电流触头连接在共同的壳体中。

至少一个第一额定电流触头可以在至少一个第二额定电流触头之前接通。至少一个第一额定电流触头可以在至少一个第二额定电流触头之后切断。

备选地，至少一个第一额定电流触头可以与至少一个第二额定电流触头同时接通和/或至少一个第一额定电流触头可以与至少一个第二额定电流触头同时切断。

在两个第二额定电流触头接通之前或者与两个第二额定电流触头的接通同时地，将两个第一额定电流触头尤其同时地接通，和/或在两个第二额定电流触头的切断之后或者与两个第二额定电流触头的切断同时地，将两个第一额定电流触头尤其同时地切断，尤其分别有一个第一额定电流触头和一个第二额定电流触头处于共同的壳体中。

在接通的状态中，电流可以只流过额定电流触头。

根据权利要求13所述的按照本发明的用于尤其通过使用前述的装置在高压技术中开关切换直流电流和/或交流电流的方法的优点类似于根据权利要求1所述的按照本发明的用于在针对极的高压技术中开关切换高电流的装置的前述优点并且反之亦然。

以下在图1至图3中示意性地示出本发明的实施例并且在以下详细描述。在附图中：

图1示意性地以针对一个极的剖视图示出按照本发明的用于在高压技术中开关切换高电流的装置1从一侧观察时的情形，并且

图2示意性地在剖视图中示出图1中的装置1从与图1视角垂直的一侧观察的情形，并且

图3示意性地以剖视图示出图1中的装置1在俯视时的情形。

在图1中示意性地以剖视图示出按照本发明的用于在高压技术中开关切换高电流的装置1。图1中的装置设计用于针对一个极的开关切换，例如在三极设计中尤其使用三个并排布置的按照本发明的装置1。图1的剖切平面沿着装置1的高度并且垂直于连接线路延伸穿过装置1，所述连接线路为简单起见而没有在附图中示出。装置1布置在承载支架5上，所述承载支架例如形式为垂直的t形或者双t形钢架。

在承载支架5的上端部处固定有转向传动机构7，所述转向传动机构具有尤其安装在侧面的驱动器6。所述驱动器6例如设计为马达和/或弹簧储能驱动器的形式。开关切换时的驱动能量或者驱动运动由驱动器6提供并且通过动力学链13传递至开关触头。动力学链13尤其包括转向传动机构7、开关杆11和传动头8。

开关杆11在内部沿着支柱10的纵轴线布置和可移动地支承，所述支柱的形式尤其为由陶瓷、复合材料和/或硅酮构成的带肋绝缘体。支柱10布置在转向传动机构7上，支柱的纵轴线与承载支架5的纵轴线共线。在支柱的上端部处布置有传动头8。

在图2中以从垂直于图1的侧视图延伸的侧面的剖视图示意性地示出图1的按照本发明的装置1。所述装置1设计为t形，具有长条形的、尤其是带肋地设计的绝缘壳体4，所述绝缘壳体分别布置在支柱10的两个反向侧上，作为臂垂直地从支柱10导引出地固定在传动头8上。两个绝缘壳体4分别在内部在共同的壳体中包括如图3所示的第一额定电流触头2以及如图2和3所示的第二额定电流触头3。通过分别将两个额定电流触头2、3并行地布置，提高了在一个时间点在不损坏装置1的情况下最大能够流过装置1的总电流。装置1的电流承载能力提高。

驱动器6在装置1开关切换时提供用于断开或者闭合触头2、3、也就是用于驱动所述触头2、3的可移动接触件所需的动能。所述动能通过动力学链13传递至触头2、3。例如，动能从驱动器6、尤其是弹簧储能驱动器通过转向传动机构7传递至开关杆11。动能从开关杆11传递至传动头8并且尤其直接地输出至第一和第二额定电流触头2、3。辅助传动机构9如图3所示地可以包括在第一和第二额定电流触头2、3中，以便例如在时间上和数值上和/或在力的方向上驱动额定电流触头2的不同的可移动接触件，尤其以相同或者不同的运动特性。传动头8和/或辅助传动机构9设计用于控制或者调节第一额定电流触头2的开关切换与第二额定电流触头3的开关切换之间的时间差。

在一个实施例中，在接通时首先闭合第一额定电流触头2，之后闭合第二额定电流触头3。在切断时，首先断开第二额定电流触头3，之后断开第一额定电流触头2。因此，在第一额定电流触头2开关切换时，第二额定电流触头3总是处于断开的状态中。在第二额定电流触头3开关切换时，第一额定电流触头2总是处于闭合的状态中。由此在开关切换第二额定电流触头3期间，电流可以流过并联连接的第一额定电流触头2。由此不必进行第二额定电流触头3处的电弧熄灭并且可以省去用于第二额定电流触头3的熄灭装置、例如熄灭喷嘴和/或电弧接触件。在开关切换高电流时出现的电弧可以在第一额定电流触头2处被熄灭。为此，可以在第一额定电流触头2处设置熄灭装置，例如熄灭喷嘴和/或电弧接触件。

在前述装置1中简化了第二额定电流触头3的结构，降低了其质量并且因此在装置1的较高电流承载能力的同时在开关切换时与由现有技术已知的装置相比需要更少的驱动能量。动力学链13的驱动器和元件可以设计得更小，这相对于具有额定电流触头2、3并且所有的额定电流触头2、3均具有电弧熄灭装置的装置而言节省了成本。

在备选的实施例中，第一和第二额定电流触头2、3在接通时同时闭合和/或在切断时同时断开。通过并行地开关切换第一和第二额定电流触头2、3，减小了通过额定电流触头的电流并且因此抑制了电弧作用。由此可以取消熄灭装置。尤其对于非常高的待切换电流强度，可以备选地在额定电流触头2和/或3、尤其是所有的额定电流触头2处使用熄灭装置。

在图3中以俯视图在沿着额定电流触头2、3的剖视图中示意性地示出图1的按照本发明的装置1。额定电流触头2、3布置在绝缘壳体4中。在附图中所示的本发明的实施例中，两个第一额定电流触头2串联地彼此相继地电连接并且连接在两个用于外部电流导体的连接触头12之间。与两个串联连接的第一额定电流触头2并行地，两个第二额定电流触头3串联地彼此相继地电连接。电路只示意性地示出。按照本发明的装置1中的电导线可以在绝缘壳体4和传动机构8、9中延伸、尤其电绝缘地在绝缘体内部沿着相反的方向延伸，和/或额定电流触头2、3可以上下地在绝缘壳体4和传动机构8、9内相互电连接。

在附图中出于简化的原因没有显示的是，可以分别在绝缘壳体4的端部处设置电接头12，通过所述电接头在绝缘壳体4的外部实现类似于附图所示的电路连接的额定电流触头2、3的电路连接。其它的电路连接也是可行的，例如将各一个第一和第二额定电流触头2、3的并联电路连接与另一组并联连接的第一和第二额定电流触头2、3串联连接。用于电路连接的电导线可以导引穿过传动机构8、9或者穿过传动机构壳体，或者分别在连接触头12之间布置在壳体外部。

在附图所示的按照本发明的装置1的实施例中，在一个绝缘壳体4中分别布置有两个并联连接的额定电流触头2、3，即第一和第二额定电流触头2、3，尤其在空间上并行地布置。分别具有两个并联连接的额定电流触头2、3的两个绝缘壳体4串联地彼此相继地尤其沿着共同的纵轴线布置。两个处于不同的绝缘壳体4中的第一额定电流触头2串联连接并且两个处于不同的绝缘壳体4中的第二额定电流触头3串联连接。

分别在每个绝缘壳体4中具有两个额定电流触头2、3的两个绝缘壳体4彼此相继地布置，通过传动机构8、9、尤其通过传动头8连接。额定电流触头2、3和/或绝缘壳体4以它们的纵轴线基本上处于一个平面中，所述平面例如平行于地基布置，承载支架5竖立在所述地基上。装置1的t形形状由t形形状的中垂结构形成，其包括承载支架5、具有固定在侧面的驱动器6的转向传动机构7、支柱10和传动头8。t形形状的水平结构由两个绝缘壳体4形成，每个绝缘壳体4具有两个额定电流触头2、3，其中，绝缘壳体4通过传动头8与另一个绝缘壳体4连接。

在附图的实施例中所示的绝缘壳体4设计为管状。外表面可以是带肋的，这在附图中为了简化而没有示出。肋延长了沿着绝缘壳体4的纵轴线的路径并且因此延长了接头12之间的爬电路径。

所有的额定电流触头2、3可以具有至少一个熄灭喷嘴和/或至少一个电弧触头。备选地，也可以将所有的额定电流触头2、3设计为不具有熄灭喷嘴和/或电弧触头。例如也可以将第一额定电流触头2设计为具有熄灭喷嘴和/或电弧触头，并且可以将第二额定电流触头3设计为不具有熄灭喷嘴和/或电弧触头。不同的额定电流触头2、3的载流部分可以设计具有不同的导流横截面和/或在断开的状态中，不同的额定电流触头2、3可以具有不同的在接触件之间的距离。额定电流触头2、3也可以相同地构造。

对第一和第二额定电流触头2、3的不同开关切换时间的控制和调节可以通过传动机构8、9实现。尤其是辅助传动机构9可以作用使得第二额定电流触头3相对于第一额定电流触头2在时间上更晚地接通和更早地切断。作为备选或补充，传动头和/或各个单独的额定电流触头或者可移动接触件的传动单元可以作用使得第二额定电流触头3相对于第一额定电流触头2更晚地接通和更早地切断。在所有的额定电流接触件2、3的开关切换时间相同的情况下，传动头8和/或辅助传动机构9可以产生所有触头2、3的同步性。作为备选或补充，对第一和第二额定电流触头2、3的相同或者不同的开关切换时间的控制或者调节可以通过断路间隔(或称为开关路径)的位置和/或长度实现。

前述的实施例可以相互组合和/或与现有技术相结合。因此，例如可以使用多个开关杆11，例如一个用于传动头8的开关杆和一个用于辅助传动机构9的开关杆11。每个触头2、3都可以配置有一个开关杆11，或者一对第一和第二额定电流触头2、3可以分别配置有一个开关杆11。也可以包括多个触头对2、3和/或可以分别并联连接和/或串联连接多于两个的额定电流触头2、3。装置1可以是t形或者其它形状、例如反l形或者i形。第一和/或第二额定电流触头2、3可以具有用于熄灭电弧的熄灭装置，并且可以构造有相同的或者不同的例如针对接触件的管直径，以实现不同的电流承载能力，和/或可以包括真空管作为额定电流触头。可以设置共同的驱动器6和/或转向传动机构7和/或支柱10和/或开关杆11，或者可以设置多个驱动器，例如每个第一额定电流触头设置一个驱动器并且每个第二额定电流触头设置一个驱动器以及动力学链的其它元件。也可以为每个额定电流触头设置一个驱动器，尤其为每个额定电流触头设置独立的动力学链。

壳体、尤其是绝缘壳体4可以用开关气体或者绝缘气体填充、尤其是sf6或者干燥的空气。

承载支架5可以设计为t形支架或者双t形支架的形式。也可以使用其它的尤其由钢或者铝制成的承载支架5。绝缘壳体和/或支柱可以设计为管状、尤其在外部带肋，例如由硅酮、复合材料和/或陶瓷制成。绝缘壳体和/或支柱也可以具有其它的形状，例如锥形或者球形。辅助传动机构9可以布置在传动头8中或者例如布置在传动头8侧面。备选地，辅助传动机构9例如也可以布置在传动头8上方或者下方。传动头8也可以设计为不具有辅助传动机构9，只具有一个传动机构。按照本发明的装置可以设计用于一个极，针对多个极可以将多于一个装置尤其相互平行地布置。为了开关切换较高的电流和/或电压，可以将多于一个按照本发明的装置尤其彼此相继地布置。

附图标记清单

1用于开关切换高电流的装置

2第一额定电流触头

3第二额定电流触头

4绝缘壳体

5承载支架

6驱动器

7转向传动机构

8传动头

9辅助传动机构

10支柱

11开关杆

12连接触头

13动力学链