多极电气保护系统以及包括该系统的电气设备的制作方法

本发明涉及一种多极电气保护系统，和一种包括该系统的电气设备。

背景技术：

例如断路器的电气保护系统是允许将断开电路时可能形成的电弧引导并消散的开关装置。当断路器能够一起断开对应于多个电气相的多个电路(也称为极)时，其被称为多极断路器。

断路器通常被设计为用于给定的额定值，即给定的电流和/或功率范围。

然而，对断路器的不断变化的要求，特别是与风能生产以及风力涡轮机尺寸的增加相关的要求，如今使断路器必须能够处理高达10ka或甚至12ka的非常高的安培数的电流，并且能够在所谓的“低压”域中处理，例如在可能达到690v和1200v之间的电压之间。

用于制造模块化断路器的常规方法不再允许获得具有可接受的性能的断路器，彼此对准的基本开关装置的数量的增加导致在体积方面以及在消除由这种非常高的电流强度产生的热通量方面的问题。

技术实现要素：

这些本发明更具体地旨在解决的问题通过提供一种具有紧凑和模块化结构的多极电气保护系统而解决，该系统每极具有高额定值，并且其跳闸是同步的，而与极数无关。

为此，本发明涉及一种多极电气保护系统，其包括多个用于开关电流的开关装置。每个开关装置具有多个隔室，每个隔室包括灭弧室和一对可分离的电触头，所述一对可分离的电触头连接到上游和下游的连接端子，在跳闸装置的作用下，可分离的电触头在打开位置和闭合位置之间可移动。根据本发明，开关装置彼此分开，同时每个装置的上游端子通过第一连接器连接，以将它们保持在同一电势，每个装置的下游端子通过第二连接器连接，以将它们保持在同一电势，并且开关装置由同一公共跳闸装置控制。

借助于本发明，可以布置其跳闸是同步的开关装置，以便消除与高安培电流相关的热通量。根据与每个极相关的功率和电流对每个开关装置进行评级。公共的跳闸装置可以使每个开关装置的跳闸与其他开关装置同步。

根据本发明的一些有利但非强制性的方面，这样的电气保护系统可以以任何技术上允许的组合结合以下一个或多个特征：

-开关装置的第一和第二连接器位于装置的背面，一个在另一个之上彼此横向地布置，并且每个都包括连接垫，每个连接垫与上游或下游端子之一相关联/连接，每个杆包括与开关装置包括的灭弧室的数量相同的连接垫；

-开关装置的第一和第二连接器具有相同的结构，并且在两个相反的横向方向上定向，同一装置的两个连接器的连接垫分别位于彼此不同的垂直平面中。

-开关装置包括同一数量的灭弧室；

-每个开关装置包括两个、三个或者四个灭弧室；

-开关装置的每个灭弧室经由各自的排气开口在开关装置的上部面敞开，而装置在正交于该上部面的方向上彼此间隔开，以使排气开口不受其他装置的限制；

-每个开关装置包括用于移动所述装置的可分离的触头的切换机构，所述切换机构联接到跳闸装置；

-跳闸装置形成电子控制装置的一部分，不同于开关装置；

-该保护系统包括容纳基座，该容纳基座旨在用于附接到电气设备，每个基座包括被定位成与开关装置的连接器可逆地协作的电气连接；

-第一开关装置包括致动器和切换机构，其他开关装置通过机械单元联接到第一开关装置，该机械单元布置在装置的外部并将这些装置彼此连接；

-包括致动器的开关装置还包括驱动致动器的跳闸装置；

-每个开关装置包括公共的控制轴，可分离的触头联接到该控制轴，每个装置的轴都联接到机械单元上；

-保护系统包括用于附接开关装置的框架，而框架和机械单元由非铁磁，优选金属材料制成。

附图说明

根据以下对仅根据示例并参考附图给出的多极电气保护系统和电气设备的两个实施例的描述，根据本发明的原理，将更好地理解本发明，并且本发明的其他优点将变得更加明显，其中：

图1是根据一些实施例，特别是根据本发明的第一实施例的多极电气保护系统的示意图；

图2是根据本发明的第二实施例的多极电气保护系统的透视图；

图3是图2中细节iii的放大图，其中一些部分被隐藏起来以便于阅读；

图4是图2的保护系统的透视图，沿图2中的箭头iv观察，其中一些部分被隐藏以便于阅读；和

图5是沿图4中的箭头v观察的图2的保护系统的放大图。

具体实施方式

图1示出了根据多个实施例的多极电气保护系统2。

保护系统2包括多个开关装置，例如三个，在这里称为4、6和8。

开关装置4至8中的每一个是电切换装置，其能够中断流过可分离触头的电流并且能够在打开状态和闭合状态之间切换。

有利地，开关装置4至8例如是现有的断路器子组件，和/或包括现有的低压断路器部件。

例如，保护系统2旨在用于电气设备中，例如配电或生产设备中。根据一些示例，电气设备包括发电机，至少一个电负载以及连接在发电机和所述电负载之间的开关装置2。例如，发电机可以是风力发电机，特别是风力涡轮机。

开关装置4至8彼此间隔开。

优选地，系统2的开关装置基本上彼此相同并且执行类似的功能，从而为简单起见，下面仅详细描述这些开关装置中的一个。

装置4至8中的每一个都分别与称为p4，p6和p8的电极或电相相关联。

在替代实施例中，系统2可以包括不同数量的开关装置。根据一些示例，系统2包括两个开关装置。根据另一些示例，系统2包括四个开关装置。在这种意义上，保护系统2被称为多极。

极p4至p8中的每一个都与上游端子10和下游端子12相关联。在本说明书中，“上游”和“下游”的概念用于区分保护系统2的各个元件，并且不以保护系统2的各个元件的任何特定连接方向为前提。

对于装置4至8中的每一个，上游端子10连接到上游连接器14，该上游连接器14安装在对应的装置4至8上。类似地，每个下游端子12连接到相应的下游连接器16。

装置4至8中的每一个均包括多个隔室18。有利地，装置4至8具有相同数量的隔室18。在所示的示例中，装置4至8中的每一个包括三个隔室18。

每个隔室18包括灭弧室和一对可分离的电触头，它们与灭弧室连接。通过扩展，涉及每个隔室的附图标记18还包括容纳在所述隔室中的灭弧室。

每一对中的可分离的触头分别连接到未示出的上游端子或下游端子。可分离的触头在打开位置和闭合位置之间可逆地可移动。

例如，每个开关装置4至8的可分离的触头联接到整个装置公共的控制轴。该轴可以通过例如能量累积机构的切换机构而运动。该机构可以通过致动器，例如机电致动器，特别是电磁致动器来致动。实际上，该致动器可以由跳闸装置20驱动。

当开关装置4至8之一的所有可分离的触头都处于打开/闭合状态时，通过扩展，可以说相应的装置4至8也处于打开/闭合状态。

对于每个装置4、6和8，上游端子连接到相同的上游连接器14，因此处于同一电势。

类似地，对于每个装置4至8，下游端子连接到相同的下游连接器16，因此处于同一电势。

开关装置4至8连接到同一跳闸装置20。跳闸装置20被配置为从装置4至8中的每一个接收并处理信息。

根据一些示例，跳闸装置20可以是包括电路和/或处理器的电子跳闸装置，该电子跳闸装置特别被编程为基于来自每个开关装置4至8的信息(例如电流和/或电压测量值)来检测潜在的电气故障。

例如，跳闸装置20通过数据链路22连接到与开关装置4至8相关联的测量装置26。跳闸装置20还通过数据链路24连接到与开关装置4至8相关联的一个或多个致动器，以便在其打开和闭合状态之间切换其可分离的电触头。

例如，测量装置26可以包括一个或多个电流传感器和/或电压传感器和/或被配置为测量任何相关电量的传感器。

根据一些示例，跳闸装置20形成电子控制单元的一部分，该电子控制单元还被配置为向装置4至8中的每一个传输切换指令，例如打开、闭合和重置指令。

特别地，由跳闸装置20发送的跳闸指令被一起发送到保护系统2的所有开关装置4、6和8。换句话说，开关装置4至8由相同的跳闸装置20控制。

根据一些示例，单个跳闸装置20与各种装置4、6和8相关联。

在第一实施例中，如图1所示，跳闸装置20与装置4至8不同。跳闸装置20形成例如电子控制单元的一部分，不同于装置4至8。

换句话说，开关装置4至8对公共的跳闸装置20的从动是电子地实现的。

根据其他示例，跳闸装置20可以集成到开关装置4至8之一中，其中包括跳闸装置20的开关装置4至8之一被称为“主”开关装置，而另外的不包括跳闸装置20的开关装置被称为“从”开关装置。

可选地，但是仍然有利地，开关装置4至8是可拆卸的，即每个开关装置4至8与相应的容纳基座可逆地协作。更精确地，每个容纳基座包括电连接，其经由装置4至8在安装方向上相对于各自的容纳基座的简单平移运动而与相应装置4至8的上游和下游连接器14和16可逆地电连接在一起。

因此，例如在执行维护时，装置4至8易于拆卸和更换。

在这种情况下，数据链路22和24本身也是可拆卸的，即，当将开关装置4至8安装在相应的容纳基座上/从相应的容纳基座拆卸时，链路22和24的连接和/或断开与连接器14和16的连接和/或断开一起发生。

图2至图5示出了保护系统2的第二实施例。

在第二实施例中，类似于第一实施例的那些元件带有相同的附图标记加100，并且以相同的方式工作。例如，在图2至5中，保护系统以102表示。系统102包括三个开关装置，标记为104、106和108，它们对应于图1所示的第一实施例的开关装置4、6和8。然而，在此，开关装置的数量也不是限制性的并且可以不同。

在下文中，主要描述第一实施例和第二实施例之间的差异。

保护系统102特别地与保护系统2的不同之处在于，开关装置104至108彼此机械地联接，以便由同一跳闸装置120控制，后者与上面描述的跳闸装置20起相似或相同的作用。

换句话说，例如借助于机械连接单元124以机械方式实现开关装置104至108到公共跳闸装置120的从动，这将在下面更详细地描述。

三个开关装置104至108安装在附接框架128上。在所示的示例中，框架128由例如通过焊接彼此接合的金属型材形成。然而，框架128的其他实施例是可能的。在图2至5的视图中，示出了框架128放置在水平表面上。

在本说明书的其余部分中，术语“上”，“下”，“在……前面”，“在……后面”，“横向”，“右”，“左”等均参照附图中保护系统2的元件的方向给出，除非特别说明，否则保护系统2的元件并不构成系统2的特定工作。

在图3至5中，为了易于阅读而部分地示出了框架128。框架128包括三个彼此不同的接收空间130、132和134，并且被配置为容纳相应的开关装置104、106和108，因此装置104至108是分开的。每个接收空间130至134在此包括矩形的水平板，这些空间130至134在长度方向上彼此平行地延伸。

开关装置104至108分别通过未示出的附接构件和凸缘136附接到相应的接收空间130至134。

开关装置104至108中的每个装置总体上呈平行六面体形状，具有正面138。在所示的示例中，正面138位于垂直平面中，正面彼此平行并且在相同方向上定向，以便于保护系统102的使用。装置104的正面138包括各种控制和/或监视构件，操作员可以接近这些构件以使用保护系统102。

为了方便起见，将保护系统2的横向平面p1定义为平行于开关装置104至108的正面138的平面。

另外，纵向平面p2被定义为与横向平面p1正交的垂直平面。

在图3中放大地示出了开关装置104，为便于阅读而隐藏了用于正面138的盖。开关装置104包括多个隔室118，其对应于以上参考图1描述的隔室18。在所示的示例中，开关装置104包括三个隔室118。每个隔室118包括与可分离的触头邻接的灭弧室(未示出)。每个灭弧室经由排气开口142在装置104的上部面140敞开，该排气开口142用于允许破碎气体从灭弧室逸出。

开口142有利地向上定向，以便于破碎气体的逸出。有利地，开关装置104至108在与每个装置104至108的上部面140正交的方向上彼此间隔开，从而使每个开关装置104至108的排气开口142不受限制，并且因此防止开关装置104至108阻塞另一开关装置104至108的开口142。在所示的示例中，开关装置104至108在水平方向上彼此间隔开。

每个开关装置104至106包括控制轴144，其横向于相应的装置104至106布置并且通过轴144的端部148从装置104至108的侧面146突出。因此，端部148位于相应装置104至108的外部。同一开关装置104至108的可分离的触头因此联接到公共的轴144上，并且在相应的轴144的作用下在打开和闭合状态之间一起切换。

更精确地，轴144均呈以轴线为中心的圆柱体形状，轴144相对于相应的装置104至108绕轴线可旋转地移动，并且当相应的轴144旋转时，开关装置104至108之一的可分离的触头在打开状态和闭合状态之间移动。当开关装置104至108之一的所有可分离的触头都处于打开/闭合状态时，通过扩展，可以说相应的开关装置104至108也处于打开/闭合状态。

每个装置104至108的控制轴144联接到机械连接单元124。机械单元124包括控制杆125，控制杆125经由杠杆150连接到每个控制轴144。在图3中，轴144、杠杆150和杆125之间的连接更清晰可见。

杠杆150的第一端在轴144的端部148附近固定到轴144，而杠杆150的与第一端相反的第二端以绕平行于相应轴144的轴线枢转的方式连接到杆125。因此，机械连接单元124位于每个装置104至108的外部。

杆125的平移运动因此转换成轴144的旋转运动。由于所有开关装置104至108的轴144通过机械单元124联接，轴144中的一个的旋转运动被其他轴144复制，使得位于装置104至108中的每一个中的可分离的触头在打开状态或闭合状态之间一起移动。换句话说，借助于机械单元124，开关装置104至108在打开状态和闭合状态之间的切换是同时的。

有利地，框架128和机械单元124由非铁磁的、优选地由金属材料制成，以避免在流过保护系统2的电流的影响下产生感应现象。

优选地，提供定心杆152和引导件154，以帮助机械单元124正确地操作，特别是保持轴144平行并且端部148对准，以便减小机械单元124内的摩擦，并且减小旋转轴144所需的力。

定心杆152包括孔，容纳轴144的端部148的轴承容纳在孔中。因此，轴144相对于杆152绕其各自的轴线被引导旋转。

引导件154在与侧面146相反的一侧上连接到每个开关装置104至108的凸缘136。可以理解，控制杆125、定心杆152和引导件154在彼此平行的方向上纵向延伸，因此，开关装置104至108在同一方向上对准。更具体地，装置104至108的轴144彼此平行、共面，并且杠杆150和相应的轴144之间的连接对准。

开关装置104至108之一还包括跳闸装置。

在所示的示例中，跳闸装置120安装在开关装置104上，该开关装置是位于图2至图4的底部的开关装置。跳闸装置120优选容纳在为此目的而设置的接收壳体中，该接收壳体设置在开关装置104至108之一的正面中。

作为变体(未示出)，跳闸装置120被安装在开关装置106或108中的另一个上，或者甚至被放置在例如开关装置104至108中的一个上的其他地方。

在所示的示例中，开关装置104还包括致动器156，如图2所示，该致动器156由跳闸装置120驱动。

致动器156设计成接收来自跳闸装置120的跳闸指令并致动未示出的能量累积机构，该机构使装置104的轴144枢转，以切换装置104的可分离的触头。

装置104的轴144的旋转运动经由机械单元124传递到其他开关装置106和108的轴144，从而将装置106和108的可分离的触头分开。

换句话说，开关装置104至108由同一公共跳闸装置120控制，该公共跳闸装置在此放置在开关装置104上或之中。

灭弧室的可分离的触头连接到上游连接器114和下游连接器116，如图4和5所示。

在所示的示例中，连接器114和116位于装置104至108中的每一个的背面158上，背面158与正面138相反。

上游连接器114和下游连接器116分别包括具有矩形横截面的梁160和可附接或集成到所述梁160中的连接垫162。在所示的示例中，在装置104至108中的每一个的背面158上横向地示出了两个梁160，一个在另一个上方，梁160通过例如螺钉的附接构件附接到开关装置104至108。

每个连接垫162包括基座164和附接杆166，基座164通过附接构件附接到相应的梁160。杆166在此采用细长块的形式，该细长块垂直地纵向布置并且从基座164突出。每个杆166包括通孔，通孔被设计成与电气设备的其他附接构件配合，这些附接构件未示出。

有利地，上游连接器114和下游连接器116具有相同的结构，上游连接器114和下游连接器116以相反的方向安装在开关装置104至108的背面158上。

为了方便起见，方向d1被定义为水平方向，其位于横向平面p1中并且定向为与侧面146相同的方向，即朝向图5的右侧。类似地，方向d2定义为平行于d1且方向相反的方向，即朝向图5的左侧。

因此，在图5所示的示例中，连接器114定向在方向d1上，而连接器116定向在方向d2上。

例如，下游连接器116相对于上游连接器114上下颠倒，使得上游连接器114的连接垫162相对于下游连接器116的连接垫162不对准。

以此方式，垫162的附接杆166不妨碍在装置的后部的气流的循环。通过自然对流，这有助于消除由在每个垫162的水平上流动的电流产生的热量。

当然，可以提供风扇强制对流系统，以帮助冷却开关装置104至108。

例如，同一装置104至108的附接杆166因此位于平行于彼此不同的平面p2的垂直平面中。

有利地，装置104至108的每个上游连接器114和下游连接器116包括与相应的装置104至108包括的灭弧室数量一样多的垫162，每个垫162沿着平行于纵向平面p2的平面与相应的灭弧室对准。

在所示的示例中，每个装置104至108包括三个灭弧室，而连接器114和116中的每个包括三个连接垫162，其与相应装置104至108的三个灭弧室对准。

具有与每个灭弧室相关联的垫162，这些垫162通过梁160彼此连接，使得可以减少中间垫162的发热，即，位于同一连接器114或116的两个其他垫162之间的垫162的发热相对于连接垫162没有通过梁160彼此连接的情况减小了。

应当理解，在保护系统102的第二实施例中，使用彼此不同但由同一公共跳闸装置120控制的开关装置104至108使得通过有效地排热和排出破坏气体，可以以较小的体积处理高安培数的电流。

第二实施例的许多方面可以独立于第一实施例来实现。同样，第二实施例可以独立于第一实施例来实现。

特别地，开关装置对跳闸装置的机械从动可以独立于电子从动而实现。

另外，框架128可以在上述保护系统2中使用，并且不限于第二实施例。

此外，就结构和布置而言，连接器114和116不仅是第二实施例所独有的，而且可以应用于第一实施例的保护系统2。

通常，在上述不同的实施例中，仅需要一个跳闸装置20或120来从动开关装置4至8或104至108。因此，有可能制造保护系统2或102，该保护系统2或102在使用包括现有的低压断路器部件的开关装置时不必设计特定的新部件，而表现出更高的开关性能，这在经济上和工业上都是有利的。

上面提到的实施例和变型可以彼此组合，以产生本发明的新实施例。