專利名稱：具有電弧保護(hù)的開關(guān)設(shè)備和電弧保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含充氣外殼的開關(guān)設(shè)備(switching installation)。本發(fā)明還涉及用于這種開關(guān)設(shè)備的方法。
背景技術(shù)：
由于其良好的絕緣特性，中壓和高壓開關(guān)設(shè)備——其用于超過(guò)1000V的電壓—— 廣泛地使用SF6絕緣，允許獲得緊湊的設(shè)備。然而，存在這樣的強(qiáng)烈愿望考慮到SF6——特別是其分解產(chǎn)物HF、SOF2, S02——對(duì)于環(huán)境的不良后果，不使用SFJt為絕緣介質(zhì)。因此， 空氣越來(lái)越多地用作絕緣介質(zhì)。作為空氣的絕緣品質(zhì)差2-4的因子的結(jié)果，設(shè)備的尺寸需要增大，以防止多個(gè)承載電壓的部件之間的電火花或電弧。這又導(dǎo)致偶發(fā)電弧時(shí)所釋放能量的量的增大，因?yàn)槟芰康牧颗c電弧的尺寸成比例，電弧的尺寸與導(dǎo)電部件之間的距離成比例。在沒(méi)有進(jìn)一步的措施的情況下，高能(energetic)電弧將會(huì)一直持續(xù)到電壓從承載電壓的部件上消除(taken of)，這一般是通過(guò)用對(duì)開關(guān)設(shè)備進(jìn)行饋送的供電線中處于電網(wǎng)上游的外部開關(guān)將設(shè)備從電網(wǎng)關(guān)斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種外部切換一般在開關(guān)設(shè)備的錯(cuò)誤特性已經(jīng)被電網(wǎng)中的外部監(jiān)視系統(tǒng)檢測(cè)到之后的大約一秒后完成。然而，高能電弧的一秒可導(dǎo)致顯著的危險(xiǎn)和損壞。開關(guān)設(shè)備因此必須具有這樣的措施足夠快地移除高能電弧，以便將影響減小到可接受的等級(jí)。具有帶電弧保護(hù)的充氣外殼的開關(guān)設(shè)備在EP 1 463 172 Al中介紹，其中，輸入導(dǎo)體在外殼中發(fā)生高能電弧時(shí)自動(dòng)接地，以便停止電弧。這依賴于在發(fā)生高能電弧時(shí)外殼內(nèi)的壓力增大以及結(jié)果導(dǎo)致的空氣的加熱。外殼包含排氣面板，其在外殼內(nèi)的壓力增大時(shí)打開，經(jīng)由撓性電纜，作用在接地開關(guān)上。接地開關(guān)將導(dǎo)體短接到地，使得電弧停止。已知的開關(guān)設(shè)備具有這樣的缺點(diǎn)盡管電弧停止，熱氣體通過(guò)排氣面板釋放，因此可包含對(duì)于開關(guān)設(shè)備附近的操作人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)一步地，據(jù)信，EP 1 463 172 Al中使用的用于對(duì)輸入導(dǎo)體進(jìn)行接地的機(jī)構(gòu)并不總是充分可靠的。將內(nèi)部電弧產(chǎn)生的壓力用于致動(dòng)接地開關(guān)的開關(guān)設(shè)備的另一實(shí)例在EP 0 235 755 Al中示出。同樣地，在這種設(shè)備中，接地開關(guān)的致動(dòng)導(dǎo)致內(nèi)部電弧消失。進(jìn)一步地，據(jù)信，EP 0 235 755 Al中使用的用于對(duì)接地開關(guān)進(jìn)行致動(dòng)的機(jī)構(gòu)的魯棒性不是最優(yōu)的，因此，其安全性不是最優(yōu)的。具有魯棒性的電弧保護(hù)機(jī)制對(duì)于使用SF6設(shè)備的系統(tǒng)也是有用的。盡管這種系統(tǒng)中的電弧較短、因此能量較低，電弧仍可能導(dǎo)致對(duì)開關(guān)設(shè)備的損壞，這可導(dǎo)致熱氣體——例如SF6*解產(chǎn)物——的不希望的釋放，特別重要的是，導(dǎo)致對(duì)操作人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。另外，由于SF6為溫室氣體，出于環(huán)境原因，SF6的釋放是不希望的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種開關(guān)設(shè)備，該設(shè)備包含充氣外殼，其具有針對(duì)電弧發(fā)生的影響的改進(jìn)的安全等級(jí)，具有大的程度的魯棒性。為此目的，包含充氣外殼的開關(guān)設(shè)備包含-輸入導(dǎo)體，其被布置為承載輸入電壓，-固體絕緣，其被布置在輸入導(dǎo)體和外殼之間以便將它們彼此絕緣；-接地點(diǎn)；-致動(dòng)器；以及-短路裝置，其中-短路裝置可由第一條件變化到第二條件，在第一條件下，固體絕緣將輸入導(dǎo)體從外殼絕緣開，在第二條件下，短路裝置通過(guò)固體絕緣在輸入導(dǎo)體和接地點(diǎn)之間形成連接，且-致動(dòng)器被布置為，在外殼中發(fā)生第一電弧時(shí)，將短路裝置從第一條件致動(dòng)到第二條件。在輸入導(dǎo)體和接地點(diǎn)之間通過(guò)固體絕緣形成短路的連接一被創(chuàng)建，第一電弧就將熄滅。設(shè)備將會(huì)損壞的風(fēng)險(xiǎn)因此降低。另外，如果盡管如此外殼將損壞，熱氣體的釋放以及可能的甚至是火焰將會(huì)具有較低的能量，且其影響的嚴(yán)重性較低。結(jié)果，設(shè)備及例如操作者等附近人員的相關(guān)聯(lián)的危險(xiǎn)降低。另外，短路將會(huì)處于良好限定的位置，S卩，使用短路裝置限定的良好限定位置。這能在設(shè)計(jì)外殼時(shí)有利地利用，因?yàn)檫@樣的需求較低將整個(gè)外殼設(shè)計(jì)為能夠在任何位置耐受高能電弧達(dá)可觀的時(shí)間。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，操作機(jī)構(gòu)非常可靠，因?yàn)槎搪吠ㄟ^(guò)固體絕緣形成。例如，氣體基本上包含空氣或SF6。在一實(shí)施例中，第二條件下的連接在輸入導(dǎo)體和接地點(diǎn)之間經(jīng)由外殼創(chuàng)建。接地點(diǎn)可以為外殼的部件。在一實(shí)施例中，第二條件下的連接在輸入導(dǎo)體和接地點(diǎn)之間創(chuàng)建，接地點(diǎn)與外殼分立且位于外殼內(nèi)。這樣的接地點(diǎn)可稱為分立的接地點(diǎn)。使用這種分立接地點(diǎn)在設(shè)計(jì)開關(guān)設(shè)備中可能是有利的，因?yàn)槠湎啾扔诮拥攸c(diǎn)為外殼部件的情況可提供更大的設(shè)計(jì)自由度。在另一實(shí)施例中，致動(dòng)器被布置為在第一電弧發(fā)生時(shí)作用于外殼內(nèi)壓力的增大。高能電弧的發(fā)生將導(dǎo)致外殼內(nèi)壓力的增大，因?yàn)闅怏w在被加熱時(shí)膨脹。這種壓力將被稱為電弧壓力。在一實(shí)施例中，致動(dòng)器包含與外殼的機(jī)械連結(jié)(mechanical link)，致動(dòng)器被布置為使用機(jī)械連結(jié)將外殼的一部分的膨脹傳送到短路裝置。在高能電弧發(fā)生時(shí)，電弧壓力產(chǎn)生外殼或其區(qū)段的膨脹。這種膨脹可由連接到膨脹區(qū)段的機(jī)械連結(jié)直接傳送。機(jī)械連結(jié)因此將隨著外殼的膨脹移動(dòng)，并致動(dòng)短路裝置。短路裝置可機(jī)械連接到致動(dòng)器?；蛘?，短路裝置可被定位為距致動(dòng)器有小的距離， 使得致動(dòng)器可在致動(dòng)短路裝置之前在小的距離上自由移動(dòng)。在一替代性實(shí)施例中，致動(dòng)器包含壓力盒，壓力盒具有連接到短路裝置的撓性輸出表面和撓性輸入表面，壓力盒被布置為以撓性輸入表面的向內(nèi)移動(dòng)起作用于外殼內(nèi)壓力的增大，并產(chǎn)生撓性輸出表面的向外移動(dòng)。電弧壓力將作用在壓力盒上，因此將通過(guò)壓力盒轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)短路裝置的移動(dòng)。
在另一替代性實(shí)施例中，致動(dòng)器包含檢測(cè)電弧發(fā)生的電弧檢測(cè)器。電弧檢測(cè)器可檢測(cè)來(lái)自第一電弧的光的等級(jí)或來(lái)自第一電弧的電離作用 (ionization)的等級(jí)。另外，電弧檢測(cè)器可使用壓力傳感器主動(dòng)檢測(cè)壓力增大。一旦電弧檢測(cè)器檢測(cè)到電弧的發(fā)生，致動(dòng)器將會(huì)被操作為驅(qū)動(dòng)短路裝置。在實(shí)施例中，致動(dòng)器和短路裝置位于外殼內(nèi)部。這具有這樣的優(yōu)點(diǎn)在外殼周圍不需要附加的空間，從而不會(huì)增大安裝外殼所需要的空間。另外，這允許致動(dòng)器和短路裝置的沒(méi)有障礙的操作，因?yàn)闆](méi)有位于外殼外部的部件或裝置能阻礙致動(dòng)器和短路裝置的移動(dòng)。在另一實(shí)施例中，固體隔離包含用于對(duì)輸入導(dǎo)體進(jìn)行絕緣的固體電纜隔離，短路裝置被布置為，在被致動(dòng)時(shí)，通過(guò)固體電纜絕緣的區(qū)段產(chǎn)生短路。短路因此在包含固體絕緣材料的環(huán)境中而不是在包含氣體的環(huán)境中創(chuàng)建。短路因此被良好地控制，且位于相對(duì)安全的位置。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，固體電纜隔離具有孔，且短路裝置至少部分地位于孔中。在一實(shí)施例中，短路裝置包含驅(qū)動(dòng)栓(peg)和有著第一表面與第二表面的絕緣插塞(Plug)，絕緣插塞插入固體電纜隔離中的孔。驅(qū)動(dòng)栓可被布置為，當(dāng)由致動(dòng)器致動(dòng)時(shí)，從第一表面到第二表面對(duì)絕緣插塞進(jìn)行穿孔，并與輸入導(dǎo)體接觸。因此，在對(duì)絕緣插塞進(jìn)行穿孔之后，驅(qū)動(dòng)栓可基本上直接接觸輸入導(dǎo)體，因此將電纜連接器短接到地。驅(qū)動(dòng)栓被設(shè)計(jì)為耐受短路電流以及當(dāng)承載短路電流時(shí)在驅(qū)動(dòng)栓中產(chǎn)生的相關(guān)聯(lián)的熱。因此，非中斷金屬接地路徑以具有魯棒性的方式創(chuàng)建。絕緣插塞可以為用絕緣材料制造的基本上為固體的插塞。絕緣插塞可包含橡膠材料。橡膠允許通過(guò)驅(qū)動(dòng)栓容易地穿孔。另外，橡膠提供了絕緣插塞一側(cè)的承載電壓的輸入導(dǎo)體和絕緣插塞另一側(cè)的接地部件之間的良好介電隔離。在一實(shí)施例中，短路裝置包含真空腔，真空腔被插入在孔中，并被布置為-在與第一條件相關(guān)聯(lián)的第一狀態(tài)下，用真空腔中的真空，將輸入導(dǎo)體與外殼絕緣，且-在與第二條件相關(guān)聯(lián)的第二狀態(tài)下，將輸入導(dǎo)體短接到外殼。因此，在第一狀態(tài)下，真空腔形成具有非常好的絕緣的絕緣插塞。通過(guò)破壞此絕緣，輸入導(dǎo)體被短接。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，短路裝置還包含驅(qū)動(dòng)栓，其被布置為當(dāng)由致動(dòng)器致動(dòng)時(shí)將真空腔從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)。驅(qū)動(dòng)栓可與外殼接觸，例如經(jīng)由到外殼的導(dǎo)電機(jī)械連接。驅(qū)動(dòng)栓可以是導(dǎo)電性的。 驅(qū)動(dòng)栓可直接、經(jīng)由外殼或間接接地。真空腔可位于電纜連接器周圍的固體絕緣的孔中。固體絕緣和真空腔確保了在正常運(yùn)行期間開關(guān)設(shè)備這樣的部件與外殼以及其它部件良好地絕緣所有高電壓部件位于與外殼以及其它部件接近的距離。當(dāng)高能電弧發(fā)生時(shí)，在外殼的膨脹區(qū)段膨脹時(shí)，一旦短路裝置被致動(dòng)器致動(dòng)，絕緣被破壞。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，真空腔可發(fā)揮與上面介紹的絕緣插塞類似的功能，在完好
6時(shí)提供良好的絕緣，并在被驅(qū)動(dòng)栓穿孔時(shí)產(chǎn)生短路。至此，真空腔可包含端蓋，其被布置為*在第一狀態(tài)下，在端蓋完好的情況下，保持真空腔中的真空，以及*在被致動(dòng)時(shí)，當(dāng)變?yōu)榈诙顟B(tài)時(shí)，在端蓋被驅(qū)動(dòng)栓穿孔的情況下，破壞真空；且-驅(qū)動(dòng)栓被布置為，在被致動(dòng)時(shí)，與輸入導(dǎo)體接觸，以便短路到外殼或地。當(dāng)真空被破壞時(shí)，真空腔的良好絕緣喪失。驅(qū)動(dòng)栓在運(yùn)行中與輸入導(dǎo)體基本上直接接觸，因此將電纜連接器短接到地。驅(qū)動(dòng)栓被設(shè)計(jì)為耐受短路電流以及在承載短路電流時(shí)在驅(qū)動(dòng)栓中產(chǎn)生的相關(guān)聯(lián)的熱。因此，以具有魯棒性的方式產(chǎn)生非中斷的金屬接地路徑。驅(qū)動(dòng)栓可以為在其末端具有尖銳尖端的厚金屬元件。驅(qū)動(dòng)栓的厚度導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)栓的充分低的電阻，從而在不被承載短路電流時(shí)產(chǎn)生的熱燒毀的情況下耐受短路電流。尖銳的尖端允許容易地對(duì)真空腔的端蓋穿孔，使得端蓋被容易地破壞，驅(qū)動(dòng)栓基本上不中斷地被驅(qū)動(dòng)為與輸入導(dǎo)體接觸。在一實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)栓在接觸時(shí)熔接(weld)到輸入導(dǎo)體。在替代性的進(jìn)一步的實(shí)施例中，真空腔具有與真空膜盒(vacuum bellow)電氣連接的第二接觸和第一接觸的接觸對(duì)，第一接觸被電氣連接到外殼或地，第二接觸被電氣連接到輸入導(dǎo)體，第一接觸和第二接觸在第一狀態(tài)下分離，第一接觸和第二接觸在第二狀態(tài)下電氣接觸；且-驅(qū)動(dòng)栓被布置為，在被致動(dòng)時(shí)，將第一接觸引入與第二接觸接觸，從而將輸入導(dǎo)體短接到外殼或地。因此，在此實(shí)施例中，真空腔保持完好。在一實(shí)施例中，第一與第二接觸在接觸時(shí)彼此熔接，因此產(chǎn)生永久性短路。短路裝置還可包含具有引導(dǎo)通道的金屬插塞，驅(qū)動(dòng)栓被布置為，當(dāng)被致動(dòng)器致動(dòng)時(shí)，通過(guò)引導(dǎo)通道移動(dòng)。金屬插塞可被接地。金屬插塞被設(shè)計(jì)為耐受短暫的短路電流脈沖。 引導(dǎo)通道可以為貫通金屬插塞延伸的圓柱形孔。驅(qū)動(dòng)栓可經(jīng)由金屬插塞接地。驅(qū)動(dòng)栓和引導(dǎo)通道因此形成驅(qū)動(dòng)栓和地之間的滑動(dòng)接觸。絕緣插塞可在第一表面上包含導(dǎo)電層。在絕緣插塞包含真空腔的實(shí)施例中，真空腔可包含真空腔端蓋上的導(dǎo)電層。這在開關(guān)設(shè)備正常運(yùn)行期間將驅(qū)動(dòng)栓從輸入導(dǎo)體介電屏蔽。在另一實(shí)施例中，外殼被接地，以便具有良好定義的電壓基準(zhǔn)，并使到外部世界以及來(lái)自外部世界的干擾最小化。外殼中的氣體可包含選自空氣和SF6的氣體成分?？諝夂蚐F6均可用作外殼、輸入導(dǎo)體和外殼內(nèi)可能的其他導(dǎo)電元件之間的絕緣。如上面所討論的，由于例如環(huán)境原因，可使用空氣?？墒褂肧F6,以獲得外殼的最大緊湊性。開關(guān)設(shè)備還可包含斷路器，其被連接到輸入導(dǎo)體，視情況可選的斷開器，用于產(chǎn)生或斷開輸入導(dǎo)體和導(dǎo)線(rail)系統(tǒng)之間的導(dǎo)電連接，斷開器和導(dǎo)線系統(tǒng)貫穿外殼。開關(guān)設(shè)備可以為三相設(shè)計(jì)，具有每個(gè)功能單元(也稱為區(qū)(field))三個(gè)的上面提到的每種部件，對(duì)于每相，這些部件彼此物理且電氣地分隔開。開關(guān)設(shè)備還可包含具有操作手柄的接地裝置，操作手柄位于外殼外部，其中，接地裝置被布置為由操作者通過(guò)操作手柄操作，并在被操作時(shí)對(duì)輸入導(dǎo)體和其他導(dǎo)電元件中的至少一個(gè)進(jìn)行接地。這允許操作者手動(dòng)地將開關(guān)設(shè)備引入安全模式，例如當(dāng)需要接觸以進(jìn)行維護(hù)時(shí)。在另一實(shí)施形態(tài)中，本發(fā)明涉及一種用于包含充氣外殼(30)的開關(guān)設(shè)備(5)的方法，該設(shè)備包含輸入導(dǎo)體(33)，輸入導(dǎo)體(3 和外殼(30)至少通過(guò)氣體和固體電纜絕緣 (42)彼此絕緣，該方法包含在外殼(30)中發(fā)生第一電弧(6 時(shí)產(chǎn)生輸入導(dǎo)體(幻)和外殼 (30)之間通過(guò)固體電纜絕緣G2)的短路。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，產(chǎn)生短路是反應(yīng)于外殼(30)中的壓力增大進(jìn)行的。在本方法的一實(shí)施例中，產(chǎn)生短路包含消除輸入導(dǎo)體(3 和外殼(30)之間由真空腔中的真空提供的絕緣。


將參照附圖進(jìn)一步說(shuō)明和介紹本發(fā)明的這些以及其他實(shí)施形態(tài)，在附圖中，對(duì)應(yīng)的參考標(biāo)號(hào)表示對(duì)應(yīng)的部件圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖；圖2示出了在高能電弧發(fā)生時(shí)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖；圖3示出了在致動(dòng)電弧保護(hù)時(shí)的簡(jiǎn)化截面圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖；圖5示出了在高能電弧發(fā)生時(shí)根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖；圖7a示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖；圖7b示出了圖7a的細(xì)節(jié)；圖8a示出了在高能電弧發(fā)生時(shí)根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖；圖8b示出了圖8a的細(xì)節(jié)；圖9示出了第四實(shí)施例中使用的機(jī)械連結(jié)；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖的細(xì)節(jié)；圖11示出了在高能電弧發(fā)生時(shí)根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖的細(xì)節(jié)；圖12示出了根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖的細(xì)節(jié)；圖13示出了在高能電弧發(fā)生時(shí)根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖的細(xì)節(jié)；圖14示出了根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖的細(xì)節(jié)；圖15示出了在高能電弧發(fā)生時(shí)根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例用于中壓或高壓的電氣開關(guān)設(shè)備5的實(shí)例的簡(jiǎn)化截面圖。開關(guān)設(shè)備5包含用金屬制造的封閉外殼30，開關(guān)設(shè)備5的元件位于外殼內(nèi)。外殼 30被安裝在固定框架34上。在所示的實(shí)例中，開關(guān)設(shè)備5用于在連接到電纜連接33的供電線35和三相導(dǎo)線系統(tǒng)的導(dǎo)線15之一之間產(chǎn)生或斷開電氣連接。導(dǎo)體從電纜連接33引到斷路器12的底部連接，斷路器12采用真空斷路器的形式，其由驅(qū)動(dòng)桿16致動(dòng)。在開關(guān)設(shè)備5中，斷路器12用于接通和斷開電流。在所示的實(shí)例中，經(jīng)由滑動(dòng)導(dǎo)電連接，斷路器12 的其他連接被連接到斷開器14的第一側(cè)，斷開器14由第二驅(qū)動(dòng)桿17致動(dòng)。滑動(dòng)導(dǎo)電連接意味著存在斷路器12和斷開器14之間的電氣接觸，無(wú)論斷路器12和斷開器14的位置如何。在閉合的位置上，斷開器14的另一側(cè)與分支導(dǎo)線18接觸，分支導(dǎo)線18被連接到導(dǎo)線 15中與圖面垂直延伸的一個(gè)。借助第二驅(qū)動(dòng)桿17，斷開器14也可電氣斷開電纜連接33和導(dǎo)線15之間的導(dǎo)電路徑。斷開器14也可被引入與接地接觸四相接觸，使得從斷路器12 的整個(gè)電路可被接地。分別用于斷路器12、斷開器14的驅(qū)動(dòng)桿16和第二驅(qū)動(dòng)桿17由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11驅(qū)動(dòng)，該機(jī)構(gòu)位于圖1粗線所示的閉合外殼20的頂側(cè)。除了此機(jī)構(gòu)11以外，在外殼30的頂側(cè)，還有用于二次設(shè)備31 (例如安全、測(cè)量和記錄設(shè)備)和控制面板32的空間。圖1示出了截面圖，其僅僅顯示出開關(guān)設(shè)備5的一相部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)明了，開關(guān)設(shè)備5的另外兩相部分位于垂直于圖面的方向，于是，對(duì)應(yīng)的分支導(dǎo)線18在各種情況下連接到導(dǎo)線系統(tǒng)的不同導(dǎo)線15。三相部分一起構(gòu)成功能單元，也稱為區(qū)。因此，對(duì)于完整的開關(guān)設(shè)備5，多個(gè)功能單元可彼此相鄰地安置。如示例性實(shí)施例所示，斷路器12的頂側(cè)、其驅(qū)動(dòng)桿16、斷開器14及其第二驅(qū)動(dòng)桿 17與分支導(dǎo)線18、接地接觸四和導(dǎo)線15的區(qū)段可被電氣絕緣障礙物10圍繞，電氣絕緣障礙物10用于關(guān)于鄰近相以及關(guān)于閉合外殼30的介電分隔(或絕緣)。電纜連接或輸入導(dǎo)體33具有固體電纜絕緣42，其用于關(guān)于其他導(dǎo)電元件以及閉合外殼30的絕緣。固體電纜絕緣42包含絕緣插塞43，其將固體電纜絕緣42的孔緊密地匹配到輸入導(dǎo)體33。在此示例性實(shí)施例中，絕緣插塞43例如用橡膠或任何其他合適的材料制造，該材料具有電氣絕緣特性，但同時(shí)又是可穿孔的。在替代性實(shí)施例中，類似于下面參照?qǐng)D10-11介紹的實(shí)施例，絕緣插塞包含用于提供電氣絕緣的真空腔，其具有可穿孔的端蓋。 絕緣插塞43的上表面45可與輸入導(dǎo)體33接觸，或處于與之接近的距離。薄的金屬驅(qū)動(dòng)栓 51位于絕緣插塞43的下表面44側(cè)。下表面44可用導(dǎo)電層46覆蓋，以便在開關(guān)設(shè)備正常運(yùn)行期間將驅(qū)動(dòng)栓51從輸入導(dǎo)體33屏蔽開。驅(qū)動(dòng)栓51由金屬插塞52引導(dǎo)，其也配合在固體電纜絕緣42中的孔中。在所示出的實(shí)例中，金屬插塞52接地?；蛘?，未對(duì)自身進(jìn)行接地的金屬插塞52在驅(qū)動(dòng)栓51被如下所述地致動(dòng)時(shí)提供到外殼30的電氣接觸。驅(qū)動(dòng)栓51 能夠傳導(dǎo)大的電流。在替代性實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)栓自身可被接地。絕緣插塞43、驅(qū)動(dòng)栓51以及可能的金屬插塞52 —起構(gòu)成短路裝置，其功能將在下面介紹。外殼30包含致動(dòng)器，其具有與外殼30的機(jī)械連結(jié)50。機(jī)械連結(jié)50將外殼30的區(qū)段60連接到驅(qū)動(dòng)栓51。圖2示出了斷開器14和外殼30之間發(fā)生第一高能電弧62時(shí)的電氣開關(guān)設(shè)備5。 此第一電弧62如此高能，以至于產(chǎn)生大量的熱，加熱外殼30中的空氣，并導(dǎo)致外殼30的區(qū)段60的膨脹64。由于供給電流的交流特性，此高能電弧62可被保持較長(zhǎng)的時(shí)間，如果不采取進(jìn)一步的措施的話，因?yàn)槠鋵⒃诮涣麟娏鞯拿總€(gè)后續(xù)周期點(diǎn)燃。然而，在此實(shí)施例中， 外殼的膨脹64作用在機(jī)械連結(jié)50上，這向上驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)栓51。驅(qū)動(dòng)栓51對(duì)絕緣插塞43穿孔，貫通其上表面45。通過(guò)這種方式，從輸入導(dǎo)體33到地形成金屬的、且因此具有導(dǎo)電性的路徑，作為短路。大的短路電流將會(huì)流經(jīng)驅(qū)動(dòng)栓51。第一高能電弧62現(xiàn)在熄滅，如圖3所示，移除了相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)。短路通常持續(xù)到用供電線35上的外部開關(guān)移除輸入導(dǎo)體33上的電壓。替代性實(shí)施例在圖4中示出。代替機(jī)械連結(jié)的是，外殼30中的致動(dòng)器50包含壓力盒70。壓力盒70具有撓性輸入表面72和撓性輸出表面74。撓性輸出表面74連接到驅(qū)動(dòng)栓51。驅(qū)動(dòng)栓51被布置為，在被驅(qū)動(dòng)時(shí)，對(duì)絕緣插塞43進(jìn)行穿孔，如同在上面介紹的實(shí)施例中一樣。圖5示出了在發(fā)生第一高能電弧62時(shí)的壓力盒70的特性。外殼30內(nèi)的空氣的膨脹將會(huì)作用在撓性輸入表面72上，導(dǎo)致?lián)闲暂斎氡砻?2的向內(nèi)的移動(dòng)76。壓力盒70內(nèi)的空氣、稀釋空氣或氣體將會(huì)將撓性輸入表面72的此向內(nèi)移動(dòng)76轉(zhuǎn)換為撓性輸出表面74 的向外移動(dòng)78，因此在向上的方向致動(dòng)驅(qū)動(dòng)栓51，以便對(duì)絕緣插塞43穿孔。另一替代性實(shí)施例在圖6中示出。外殼30包含電弧檢測(cè)器AD和主動(dòng)致動(dòng)器50。 電弧檢測(cè)器AD檢測(cè)由外殼30中的第一電弧62產(chǎn)生的光的等級(jí)。電弧檢測(cè)器AD可檢測(cè)絕對(duì)光等級(jí)或光等級(jí)的變化(增大)?；蛘?，電弧檢測(cè)器AD可檢測(cè)來(lái)自第一電弧62的電離作用等級(jí)。電弧檢測(cè)器AD可檢測(cè)絕對(duì)電離作用等級(jí)或電離作用等級(jí)的變化(增大)。如果電弧檢測(cè)器AD檢測(cè)到高能電弧，主動(dòng)致動(dòng)器50將進(jìn)行操作，以便驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)栓51。驅(qū)動(dòng)栓51 被布置為，在被驅(qū)動(dòng)時(shí)，對(duì)絕緣插塞43進(jìn)行穿孔，類似于上面介紹的實(shí)施例。主動(dòng)致動(dòng)器50 可具有許多不同的性質(zhì)。主動(dòng)致動(dòng)器50可為對(duì)驅(qū)動(dòng)栓51進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，例如線性電動(dòng)機(jī)?；蛘撸鲃?dòng)致動(dòng)器59可釋放預(yù)加力的彈簧(未示出)，彈簧在被釋放時(shí)作用在驅(qū)動(dòng)栓 51上。圖7a、圖7b、圖8a、圖8b中示出了另一實(shí)施例。圖7a示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖。圖8a示出了高能電弧時(shí)的截面圖。圖7b示出了圖7a的細(xì)節(jié)。圖8b示出了圖8a的細(xì)節(jié)。該實(shí)施例不同于圖1-6所示的實(shí)施例，短路裝置143、151、152被布置為驅(qū)動(dòng)栓151 處于水平布置。機(jī)械固定的基準(zhǔn)板巧4被安裝在絕緣障礙物10和外殼30之間。致動(dòng)器包含鉸接的機(jī)械連結(jié)150、鉸鏈156、連接器158。鉸接的機(jī)械連結(jié)150用鉸鏈156連接到基準(zhǔn)板154，并用連接器158連接到外殼。在高能電弧時(shí)，壓力增大將導(dǎo)致外殼的區(qū)段60的膨脹 64。外殼的區(qū)段60的膨脹64經(jīng)由連接器158作用在鉸接的傳送連結(jié)150上。連接器158 和鉸鏈156之間的鉸接機(jī)械連結(jié)150的上部252將因此向左移動(dòng)。這種移動(dòng)經(jīng)由鉸鏈156 轉(zhuǎn)化為鉸接機(jī)械連結(jié)150的下部的向右移動(dòng)。這向右驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)栓151。驅(qū)動(dòng)栓151由金屬插塞152引導(dǎo)。在此示例性實(shí)施例中，金屬插塞152被接地。驅(qū)動(dòng)栓151從左表面144向右表面145對(duì)輸入導(dǎo)體33周圍的固體電纜絕緣42中的絕緣插塞143進(jìn)行穿孔，因此產(chǎn)生從輸入導(dǎo)體33到接地金屬插塞152的短路。圖9顯示出用于此第四實(shí)施例的機(jī)械連結(jié)，在該實(shí)施例用于三相設(shè)計(jì)的三區(qū)開關(guān)設(shè)備時(shí)。在此實(shí)施例中，不同相的固體電纜絕緣142以及絕緣障礙物10中的部件(輸入導(dǎo)體33，斷路器12，斷開器14，驅(qū)動(dòng)桿16、17)在外殼30中彼此物理地且電氣地分隔開。各個(gè)固體電纜絕緣包含與對(duì)應(yīng)的電弧起動(dòng)器相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)的絕緣插塞143。外殼30對(duì)于所有相和所有區(qū)共用。鉸接的機(jī)械連結(jié)150為對(duì)于所有三個(gè)區(qū)和所有三個(gè)相共用的一個(gè)元件。鉸接的機(jī)械連結(jié)150經(jīng)由連接器158連接到各相和區(qū)的外殼30，即在此實(shí)例中，總共九個(gè)連接器 158連接到鉸接機(jī)械連結(jié)150的上部252。鉸接機(jī)械連結(jié)150還包含位于下部的多個(gè)指狀物250。所述多個(gè)指狀物包含每個(gè)電弧起動(dòng)器一個(gè)的指狀物250，各個(gè)指狀物250被布置為從對(duì)應(yīng)指狀物250上的對(duì)應(yīng)位置258驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)栓151?？稍诎l(fā)生高能電弧時(shí)膨脹的外殼部分60因此將影響鉸接機(jī)械連結(jié)150，以便將外殼部分60的膨脹經(jīng)由沿鉸鏈軸線256的位置的鉸鏈156和指狀物250傳送到電弧起動(dòng)器的各個(gè)驅(qū)動(dòng)栓151。指狀物250具有充分大的剛性，從而將鉸接機(jī)械連結(jié)150的移動(dòng)傳送到驅(qū)動(dòng)栓151，并對(duì)絕緣插塞143穿孔。另外，各個(gè)指狀物250具有充分的彈性，以便允許鉸接機(jī)械連結(jié)150的移動(dòng)完成、直到所有其他指狀物也對(duì)對(duì)應(yīng)的絕緣插塞穿孔，因此，直到所有的區(qū)和相具有相應(yīng)的接地電流路徑。在其他的實(shí)施例中，絕緣插塞43或143是用例如橡膠的絕緣材料制造的基本為固體的插塞。使用絕緣插塞的替代性實(shí)施例的第五實(shí)施例在圖10和圖11中示出。在此替代性實(shí)施例中，絕緣插塞243包含真空腔M6，其具有第一端蓋244和第二端蓋M5。驅(qū)動(dòng)栓251 被布置為接近于第一端蓋對(duì)4，并被布置為由金屬插塞252引導(dǎo)，以便當(dāng)致動(dòng)器250在外殼中發(fā)生高能電弧62時(shí)被致動(dòng)時(shí)對(duì)第一端蓋244穿孔。真空腔246通常包含真空，提供輸入導(dǎo)體33和例如驅(qū)動(dòng)栓251的其他導(dǎo)電部件之間的強(qiáng)絕緣。然而，當(dāng)致動(dòng)器250被致動(dòng)時(shí)， 驅(qū)動(dòng)栓251被驅(qū)動(dòng)為對(duì)第一端蓋244穿孔，因此破壞真空，對(duì)第二端蓋245穿孔，接觸輸入導(dǎo)體33。驅(qū)動(dòng)栓251于是帶走從輸入導(dǎo)體33到地的電流，高能電弧62熄滅，進(jìn)一步地，消除了對(duì)設(shè)備和/或設(shè)備附近的操作人員產(chǎn)生危害的風(fēng)險(xiǎn)。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖的細(xì)節(jié)。圖13示出了高能電弧時(shí)的相同細(xì)節(jié)。在此第六實(shí)施例中，短路裝置400包含絕緣栓443，其具有有著第一端蓋444和第二端蓋445的真空腔446。驅(qū)動(dòng)栓451被布置為接近于第一端蓋444，并被布置為，當(dāng)致動(dòng)器450在外殼中發(fā)生高能電弧62時(shí)被致動(dòng)時(shí)，對(duì)第一端蓋244進(jìn)行穿孔，如圖12、13所示。此實(shí)施例不同于圖10、11所示的實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)栓451相對(duì)較厚，且為具有魯棒性的金屬栓，其直接連接到致動(dòng)器。相比于上面介紹的實(shí)施例中用作驅(qū)動(dòng)栓51、151、251的薄栓，使用較厚的栓允許材料的廣泛選擇，從而能夠耐受大的短路電流。另外，當(dāng)使用較厚的栓時(shí)，類似于上面介紹的實(shí)施例用于對(duì)栓進(jìn)行引導(dǎo)的附加裝置，例如金屬插塞52、152、252， 不再是對(duì)于魯棒性運(yùn)行必需的。圖14示出了根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備中通過(guò)外殼的簡(jiǎn)化截面圖的細(xì)節(jié)。圖15示出了高能電弧時(shí)的相同細(xì)節(jié)。
在此第六實(shí)施例中，短路裝置500包含絕緣插塞M3，其具有有著第一接觸544和第二接觸545的接觸對(duì)的真空腔M6。真空膜盒547被設(shè)置在第一接觸M4和第二接觸M5 之間，在保持真空腔M6中的真空的同時(shí)允許第一與第二接觸彼此相向以及遠(yuǎn)離地移動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)栓551被連接到第一接觸M4。驅(qū)動(dòng)栓551具有金屬引導(dǎo)元件553。如同第四、第五、第六實(shí)施例中那樣連接到外殼30的致動(dòng)器350被布置為，在外殼30中發(fā)生高能電弧時(shí)，驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)栓551，第一接觸M4向著第二接觸545并與之接觸。經(jīng)由驅(qū)動(dòng)栓551和致動(dòng)器350， 第一接觸544可電氣連接到外殼30。作為替代或作為附加的是，第一接觸544可電氣連接到分立的接地點(diǎn)560，例如經(jīng)由如圖14、圖15所示由驅(qū)動(dòng)栓551和金屬引導(dǎo)元件553構(gòu)成的滑動(dòng)接觸。第二接觸M5電氣連接到輸入導(dǎo)體33。在替代性實(shí)施例中，第二接觸M5由輸入導(dǎo)體33的一部分構(gòu)成。已經(jīng)基于附圖所示的(簡(jiǎn)化)實(shí)施例介紹了本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)明了， 在本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)，多種修改和變型是可行的。例如，盡管附圖所示的實(shí)施例使用外殼中的空氣填充，外殼也可用SF6填充。關(guān)于一實(shí)施例介紹的元件可關(guān)于另一實(shí)施例使用，例如，致動(dòng)器的不同實(shí)施例可與短路裝置的任何不同實(shí)施例一起使用。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)設(shè)備(5)，包含:-充氣外殼(30)；-輸入導(dǎo)體(33)，其被布置為承載輸入電壓，-固體絕緣(42)，其被布置在輸入導(dǎo)體和外殼之間以便將它們彼此絕緣；-接地點(diǎn)(30 ；560)；-致動(dòng)器(50 ；150，156，158 ；250 ；350 ；450)；以及-短路裝置(43,51,52 ；143，151，152 ；243 ；400 ；500)，其中-短路裝置可由第一條件變化到第二條件，在第一條件下，固體絕緣使輸入導(dǎo)體與外殼絕緣，在第二條件下，短路裝置通過(guò)固體絕緣在輸入導(dǎo)體和接地點(diǎn)之間形成連接，且-致動(dòng)器被布置為，在外殼中發(fā)生第一電弧時(shí)，將短路裝置從第一條件致動(dòng)到第二條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，第二條件下的連接在輸入導(dǎo)體和接地點(diǎn)之間經(jīng)由外殼創(chuàng)建。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，第二條件下的連接在輸入導(dǎo)體和接地點(diǎn)之間創(chuàng)建，接地點(diǎn)與外殼分立且位于外殼內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，致動(dòng)器(50;150，156，158; 250 ；350 ；450)被布置為在第一電?、罨冒l(fā)生時(shí)作用于外殼(30)內(nèi)壓力的增大。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，致動(dòng)器(50； 150，156，158 ；250 ；350 ；450)包含與外殼(30)的機(jī)械連結(jié)(50 ；150 ；250 ；350 ；450)，致動(dòng)器(50 ；150，156，158 ；250 ；350 ； 450)被布置為使用機(jī)械連結(jié)(50 ；150 ；250 ；350 ；450)將外殼(30)的部分(60)的膨脹傳送到短路裝置(43，51，52 ；143，151，152 ；243 ；400 ；500)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，致動(dòng)器(50;150，156，158 ； 250 ；350 ；450)和短路裝置(43，51，52 ；143，151，152 ；243 ；400 ；500)位于外殼(30)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，固體隔離(10，42)包含用于對(duì)輸入導(dǎo)體(33)進(jìn)行隔離的固體電纜隔離(42)，短路裝置(43，51，52 ；143，151，152 ；243 ； 400 ；500)被布置為，在被致動(dòng)時(shí)，通過(guò)固體電纜絕緣0 的區(qū)段03 ； 143 ；243 ；443 ；543) 產(chǎn)生短路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，固體電纜隔離02)具有孔，且短路裝置03， 51,52 ；143，151，152 ；243 ；400 ；500)至少部分地位于孔中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，短路裝置(43,51,52；143,151,152 ；243)包含驅(qū)動(dòng)栓(51 ；151 ；251)和有著第一表面(44 ； 144 ；244)與第二表面(45 ； 145 ；245)的絕緣插塞(43 ； 143 ；243)，絕緣插塞(43 ； 143 ；243)被插入固體電纜隔離(42)中的孔，驅(qū)動(dòng)栓 (51 ；151 ；251)被布置為，當(dāng)由致動(dòng)器(50 ；150 ；250)致動(dòng)時(shí)，從第一表面(44 ； 144 ；244)到第二表面G5 ； 145 ；245)對(duì)絕緣插塞(43 ； 143 ；243)進(jìn)行穿孔，并與輸入導(dǎo)體(3 接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，短路裝置043；400 ；500)包含真空腔046 ； 446 ；546)，真空腔(246 ；446 ；546)被插入在孔中并被布置為-在與第一條件相關(guān)聯(lián)的第一狀態(tài)下，用真空腔056;446;456)中的真空將輸入導(dǎo)體 (33)從外殼(30)絕緣，且-在與第二條件相關(guān)聯(lián)的第二狀態(tài)下，將輸入導(dǎo)體(3 短接到外殼(30)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，短路裝置043；400 ；500)還包含驅(qū)動(dòng)栓 (251 ；451 ；551)，驅(qū)動(dòng)栓(251 ；451 ；551)被布置為當(dāng)由致動(dòng)器(250 ；350 ；450)致動(dòng)時(shí)將真空腔043 ；446 ；546)從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，-真空腔(246 ；446)包含端蓋(244 ；444)，其被布置為*在第一狀態(tài)下，在端蓋044 ；444)完好的情況下，保持真空腔046 ；446)中的真空，以及*在被致動(dòng)時(shí)變?yōu)榈诙顟B(tài)時(shí)，在端蓋044;444)被驅(qū)動(dòng)栓051 ；451)穿孔的情況下，破壞真空，且-驅(qū)動(dòng)栓051 ；451)被布置為，在被致動(dòng)時(shí)，與輸入導(dǎo)體(33)接觸，以便短路到外殼 (30)或地。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的開關(guān)設(shè)備(5)，其中，-真空腔646)具有至少與真空膜盒647)連接的第二接觸( 和第一接觸644) 的接觸對(duì)，第一接觸644)被電氣連接到外殼(30)或地， 第二接觸( 被電氣連接到輸入導(dǎo)體(33)， 第一接觸644)和第二接觸( 在第一狀態(tài)下分隔開， 第一接觸644)和第二接觸( 在第二狀態(tài)下電氣接觸；且 -驅(qū)動(dòng)栓(551)被布置為，在被致動(dòng)時(shí)，將第一接觸644)引入與第二接觸( 接觸， 從而將輸入導(dǎo)體(3 短接到外殼(30)或地。
14.一種用于包含充氣外殼(30)的開關(guān)設(shè)備(5)的方法，該設(shè)備包含輸入導(dǎo)體(33)， 輸入導(dǎo)體(3 和外殼(30)至少通過(guò)氣體和固體電纜絕緣0 彼此絕緣，該方法包含-在外殼(30)中發(fā)生第一電弧(6 時(shí)產(chǎn)生輸入導(dǎo)體(幻)和外殼(30)之間通過(guò)固體電纜絕緣02)的短路，其中，產(chǎn)生短路是反應(yīng)于外殼(30)中壓力的增大進(jìn)行的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，產(chǎn)生短路包含消除輸入導(dǎo)體(3 和外殼(30)之間由真空腔中的真空提供的絕緣。
全文摘要
一種開關(guān)設(shè)備(5)，包含充氣外殼(30)、輸入導(dǎo)體(33)、致動(dòng)器(50，159，550)和短路裝置(43，51，500)。致動(dòng)器(50)被布置為在外殼(30)中發(fā)生第一電弧(62)時(shí)致動(dòng)短路裝置(43，51)。短路裝置(500)在被致動(dòng)時(shí)產(chǎn)生輸入導(dǎo)體(33)和外殼(30)或分立的接地點(diǎn)(560)之間通過(guò)固體絕緣(42)的短路。致動(dòng)器(50)可被布置為在發(fā)生第一電弧(62)時(shí)起作用于外殼(30)中的壓力的增大。氣體可以為空氣或SF6。短路裝置(43，51)可在被致動(dòng)時(shí)產(chǎn)生通過(guò)將輸入導(dǎo)體(33)從外殼(30)隔離的固體電纜絕緣(42)的區(qū)段(543)的短路。
文檔編號(hào)H02B13/025GK102204044SQ200980142370
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者A·拉莫爾斯, G·尼特爾特 申請(qǐng)人:伊頓工業(yè)(荷蘭)公司