用于电力系统的开关装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于电力系统的开关装置，该开关装置能够在介电隔离、操作可靠性和寿命耐久性方面提供改进的性能。


背景技术：

2.传统上，用于电力系统的开关装置包括多个电极单元，每个电极单元包括相互耦合或解耦的固定接触件和可移动接触件，以允许或阻止电流流过电极单元。
3.每个电极单元的固定接触件和可移动接触件被电连接到与电线的导体可耦合的对应的极端子。
4.每个电极单元包括运动传递布置，该运动传递布置可操作地被耦合到合适的致动装置(例如，电或电磁致动器)以在开关装置的操作期间可逆地移动可移动接触件。
5.在现有技术的很多开关装置中，这种运动传递布置包括传导运动传递构件，该传导运动传递构件与可移动接触件耦合并且以确保可移动接触件与这种极端子之间的传导路径的方式与对应的极端子电连接。
6.上述运动传递构件可以与对应的极端子滑动接触或者通过合适的柔性导体(例如，多个传导编织物或传导薄片)电连接到所述极端子。
7.众所周知，在开关装置的操作期间，在电极单元中的相对运动的传导部件处，即，在上述运动传递构件和极端子的耦合区域处，以及可能在电连接所述运动传递构件和极端子的上述柔性导体处，出现磨损现象。
8.通常，这些磨损现象与开关装置(例如，接触器)特别相关，该开关装置在其使用寿命中需要执行大量操作(例如，多达一百万次)。
9.一般来说，这种磨损现象可能会导致，例如：
[0010]-传导部件之间的相对介电距离的变化；
[0011]-传导部件的轮廓的变化(例如，锋利边缘的形成)；
[0012]-金属粉尘在电极单元的内表面上的沉积；
[0013]-传导部件的横截面的减少。
[0014]
因此，它们可能对电极单元的整体介电隔离性能产生相关影响。此外，它们也可能是传导部件处的过热现象的根源。
[0015]
由于上述原因，通常需要对开关装置的极单元进行耗时且昂贵的维护干预，以防止在电极单元中发生局部放电或其他破坏性事件。
[0016]
此外，在制造和安装开关装置时需要特别小心，以免以某种方式促进在电极单元的上述传导部件处开始上述磨损过程。


技术实现要素：

[0017]
本发明的主要目标是提供一种用于低压或中压电力系统的开关装置，该开关装置能够解决或减轻上述问题。
[0018]
更具体地，本发明的目的是提供一种具有在介电隔离方面表现出高性能的极单元的开关装置。
[0019]
本发明的另一目的是提供一种开关装置，该开关装置相对于现有技术的当前可用解决方案在可靠性和寿命耐久性方面表现出改进的性能。
[0020]
作为另一目的，本发明旨在提供一种在现场相对容易运输和安装的开关装置。
[0021]
本发明的又一目的是提供一种在工业水平上制造起来相对容易且便宜的开关装置。
[0022]
为了实现这些目标和目的，本发明提供了一种根据以下权利要求1和相关从属权利要求的开关装置。
[0023]
在一般定义中，根据本发明的开关装置包括一个或多个电极单元。
[0024]
开关装置的每个电极单元包括固定接触件和可移动接触件。可移动接触件在第一操作位置与第二操作位置之间可逆地可移动，在第一操作位置，可移动接触件与固定接触件分离，在第二操作位置，可移动接触件与固定接触件耦合。
[0025]
优选地，开关装置的每个电极单元包括真空室，固定接触件和可移动接触件被容纳在该真空室中。
[0026]
开关装置的每个电极单元包括运动传递布置，运动传递布置适于传递机械力以在所述第一操作位置与第二操作位置之间可逆地移动可移动接触件。所述运动传递布置包括被耦合到可移动接触件的传导运动传递构件。
[0027]
开关装置的每个电极单元包括分别与对应的第一线路导体和第二线路导体耦合的第一极端子和第二极端子。
[0028]
第一极端子电连接到固定接触件。
[0029]
第二极端子包括与传导运动传递构件的第二耦合区域电连接的第一耦合区域。
[0030]
根据本发明的一些实施例，第二极端子的第一耦合区域和传导运动传递构件的第二耦合区域通过一个或多个柔性导体相互电连接。
[0031]
所述一个或多个柔性导体可以至少包括柔性传导薄片，该柔性传导薄片具有相对端，相对端被固定到第二极端子的第一耦合区域和传导运动传递构件的第二耦合区域。
[0032]
作为备选方案，所述一个或多个柔性导体可以包括一个或多个柔性传导编织物，该一个或多个柔性传导编织物具有相对端，相对端被固定到第二极端子的第一耦合区域和传导运动传递构件的第二耦合区域。
[0033]
根据本发明的一些实施例，第二极端子的第一耦合区域和传导运动传递构件的第二耦合区域具有滑动接触的耦合表面。
[0034]
优选地，本发明的开关装置包括可操作地被耦合到每个电极单元的传导运动传递布置的致动装置。
[0035]
根据本发明，开关装置的每个电极单元包括屏蔽元件，屏蔽元件由传导中空体形成并且被布置在相对于第二极端子和运动传递构件的固定位置。
[0036]
屏蔽元件以至少部分围绕第二极端子的第一耦合区域和传导运动传递构件的第二耦合区域的这样的方式布置。以这种方式，第二极端子的第一耦合区域和传导运动传递构件的第二耦合区域位于屏蔽元件的内部体积中。
[0037]
优选地，上述屏蔽元件被固定到电极单元的第二极端子。
[0038]
根据本发明的一些实施例，所述屏蔽元件至少部分围绕柔性导体，柔性导体电连接第二极端子的第一耦合区域和传导运动传递构件的第二耦合区域。
[0039]
以这种方式，所述柔性导体位于所述屏蔽元件的内部体积中。
[0040]
根据本发明的一些实施例，所述屏蔽元件至少部分围绕第二极端子的第一耦合区域与传导运动传递构件的第二耦合区域的耦合表面，所述耦合表面相互滑动接触。以这种方式，所述耦合表面位于所述屏蔽元件的内部体积中。
[0041]
优选地，所述屏蔽元件分别在相对的第一面和第二面处具有第一孔和第二孔。所述运动传递构件穿过所述电屏蔽元件的所述第一孔和第二孔以及内部体积。
[0042]
优选地，所述屏蔽元件具有外部圆形形状。
[0043]
优选地，所述屏蔽元件由成型金属套管形成。
附图说明
[0044]
本发明的其他特征和优点将从根据本发明的开关装置的优选但非排他性实施例的描述中显现，其非限制性示例在附图中提供，其中：
[0045]-图1是根据本发明的开关装置的实施例的示意图；
[0046]-图1a是示意性地示出了图1的开关装置的电极单元的截面图；
[0047]-图2至图3是示意性地示出了图1的开关装置在不同操作位置的截面图；
[0048]-图4至图5是图1的开关装置的电极单元的一部分在不同操作位置的示意图；
[0049]-图6是根据备选实施例的本发明的开关装置的电极单元的一部分的示意图；以及
[0050]-图7是根据备选实施例的本发明的开关装置的电极单元的一部分的示意图。
具体实施方式
[0051]
参考所引用的附图，本发明涉及一种用于低压(lv)或中压(mv)电力系统(例如，电网、配电盘、电气开关设备等)的开关装置1。
[0052]
出于本技术的目的，术语“低压”涉及高达1kv ac和1.5kv dc的操作电压，而术语“中压”涉及高达几十kv的更高操作电压，例如高达72kv ac和100kv dc。
[0053]
本发明的开关装置可以是接触器，即，被设计用于操纵目的的装置，即，用于在正常电路条件(包括过载条件)下断开电流。
[0054]
作为备选方案，本发明的开关装置可以是断路器，即被设计用于保护目的的装置，即，用于在异常电路条件下(例如，在短路条件下)断开电流。
[0055]
仅为了简单起见，所引用的附图涉及本发明的实施例，其中开关装置1是被设计为在mv电平下操作的接触器。这种选择并不旨在以任何方式限制本发明的范围和目的。事实上，本发明的开关装置可以是不同类型的，例如lv或mv断路器、或者lv接触器、或者可以用于lv或mv电网的又一种不同类型的开关装置(例如，断路器隔离开关)。
[0056]
根据本发明，开关装置1包括一个或多个电极单元3，即，每个电相的电极单元。
[0057]
优选地，开关装置1是多相类型的，更具体地是三相类型的，如所引用的附图中所示。
[0058]
如所引用的附图中所示，开关装置的电极单元3优选地与开关装置的下部致动部分16重叠(参考开关装置的正常安装位置)。
[0059]
优选地，每个电极单元3包括由电绝缘材料(其可以是已知类型的)制成的壳体2。
[0060]
优选地，每个电极单元的绝缘壳体2限定内部体积，对应的电极单元的组件容纳在该内部体积中。
[0061]
优选地，电极单元3具有由电绝缘材料的细长体形成的绝缘壳体2，绝缘壳体2沿主纵向轴线延伸并且具有被固定到开关装置的致动部分的下端和相对的自由上端。
[0062]
根据本发明，每个电极单元3包括固定接触件4和可移动接触件5，可移动接触件5在第一操作位置a(断开位置，图2)与第二操作位置b(闭合位置，图3)之间可逆地可移动，在第一操作位置a，可移动接触件5与对应的固定接触件4分离，在第二操作位置b，可移动接触件5与对应的固定接触件4(图5至图6)机械和电气耦合。
[0063]
开关装置的可移动接触件5从第一操作位置a到第二操作位置b的通过是开关装置的闭合操作，而可移动接触件5从第二操作位置b到第一操作位置a的通过是开关装置的断开操作。
[0064]
优选地，在开关装置的操作期间，每个可移动接触件5沿位移轴线、优选地沿对应的电极单元3的主纵向轴线线性地移动(朝向或远离对应的固定接触件4)。
[0065]
根据本发明的一些实施例(在所引用的图中示出)，每个电极单元3包括容纳所述电极单元的固定接触件4和可移动接触件5的真空室15。
[0066]
然而，根据已知类型的其他解决方案，每个电极单元3可以包括断开部分，该断开部分不与电极单元的剩余内部体积隔离。在这种情况下，每个电极单元3的内部体积可以填充有合适的绝缘气体(例如，sf6)或空气。
[0067]
根据本发明，每个电极单元3包括运动传递布置，运动传递布置适于传递机械力以在上述第一操作位置a与第二操作位置b之间可逆地移动对应的可移动接触件5。这种运动传递布置方便地包括传导运动传递构件6，传导运动传递构件6以与对应的可移动接触件5电气和机械连接的方式可操作地被耦合到对应的可移动接触件5。
[0068]
优选地，运动传递构件6由导电材料的柱塞形成，该柱塞具有与对应的可移动接触件5牢固地耦合(例如，螺纹连接)的一端和与由电绝缘材料制成的另一柱塞牢固地耦合的相对端。
[0069]
优选地，在开关装置的操作期间，运动传递构件6沿对应的可移动接触件5的位移轴直线运动(靠近或远离固定接触件4)。
[0070]
优选地(图1a)，上述运动传递布置包括由电绝缘材料(例如，热塑性材料或热固性材料等)制成的另外的运动传递元件7。
[0071]
优选地，运动传递构件7由与形成运动传递构件6的导电柱塞的端部牢固耦合的电绝缘材料制成。
[0072]
优选地，在开关装置的操作期间，运动传递构件7沿对应的可移动接触件5的位移轴直线运动(靠近或远离固定接触件4)。
[0073]
优选地，运动传递构件7与已知类型的套管绝缘体70同轴布置(图2至图3)。
[0074]
方便地，每个电极单元的运动传递构件7通过合适的运动链(未示出)与可移动接触件5的致动装置14可操作地耦合。
[0075]
优选地，开关装置1具有致动装置14，致动装置14可操作地被耦合到每个电极单元3的运动传递布置6、7，以便在开关装置的操作期间移动可移动接触件5。
[0076]
便利地，致动装置14容纳在开关装置的致动部分16中。
[0077]
致动装置14可以包括一个或多个致动器，例如用于整个开关装置的单个致动器或用于每个电极单元的致动器。这种致动器可以包括例如电动机或电磁致动器。
[0078]
根据本发明，每个电极单元3包括用于与对应的第一线路导体耦合的第一极端子9和用于与第二线路导体耦合的第二极端子8。
[0079]
优选地，每个极端子9、8由形状被确定为具有圆形边缘的细长板的导电体形成。
[0080]
优选地，每个极端子9、8以从绝缘壳体2向外突出的方式被布置在电极单元的绝缘壳体2的对应的端口处。
[0081]
极端子9、8可以与绝缘壳体2共同模制或机械连接(例如，螺纹连接)到绝缘壳体2。
[0082]
每个电极单元的第一极端子9和第二极端子8分别与电极单元的对应的固定接触件4和可移动接触件5电连接。
[0083]
优选地，第一极端子9与导电组件90电连接，导电组件90又被耦合到固定接触件4以支撑固定接触件4。以这种方式，保证了极端子9与固定接触件4之间的传导通路。
[0084]
便利地，第一极端子9包括合适的耦合区域，在该耦合区域处，第一极端子9被固定(例如，螺纹连接)到导电组件90，导电组件90又被固定(例如，螺纹连接)到固定接触件4。
[0085]
第二极端子8与传导运动传递构件6电连接，该传导运动传递构件6又与可移动接触件5耦合。以这种方式，确保了第二极端子8与可移动接触件5之间的传导路径。
[0086]
具体地，第二极端子8包括电连接到传导运动传递构件6的第二耦合区域61的第一耦合区域81。
[0087]
优选地，在第一耦合区域81处，第二极端子8包括通孔82以用于传导运动传递构件6通过。
[0088]
根据本发明的一些实施例(图4至图6)，第二极端子8的第一耦合区域81和传导运动传递构件6的第二耦合区域61通过一个或多个柔性导体12、13电连接。
[0089]
在图4至图5的实施例中，第二极端子8的第一耦合区域81和传导运动传递构件6的第二耦合区域61通过柔性传导薄片12(例如，由铜制成)电连接。
[0090]
传导薄片12包括在运动传递构件6的第二耦合区域61处以已知方式被固定到运动传递构件6的有孔中央部分120。方便地，运动传递构件6穿过有孔中央部分120。
[0091]
柔性薄片12具有相对端121，相对端121相对于有孔中央部分120弯曲并且以已知方式被固定到第二极端子8的第一耦合区域81。
[0092]
由于柔性薄片12被固定到可移动的运动传递构件6和位于固定位置的第二极端子8，因此当可移动接触件5在开关装置的操作期间移动时，柔性薄片12会发生变形。
[0093]
特别地，如从图4至图5明显可见，当可移动接触件5从第一操作位置a移动到第二操作位置b(断开操作)时，柔性薄片12被压缩，而当可移动接触件5进行相对运动(闭合操作)时，柔性薄片12被松弛。
[0094]
优选地，如所引用的附图中所示，柔性薄片12优选地被布置在相对于第二极端子8远离可移动接触件5的位置。在这种情况下，柔性薄片12的相对端121相对于有孔中央部分120向上弯曲(即，在可移动接触件5的方向上)。该解决方案非常方便，因为它允许减小对应的电极单元的总体竖直尺寸。
[0095]
然而，原则上，柔性薄片12可以沿对应的电极单元的主纵向轴线被布置在第二极
端子8的相对侧。在这种情况下，传导薄片12将在相对方向上弯曲。
[0096]
在图6的实施例中，第二极端子8的第一耦合区域81和传导运动传递构件6的第二耦合区域61通过传导编织物13(例如，由铜制成)电连接。
[0097]
每个传导编织物13的一端被固定(例如，铆接)到传导支撑元件30，传导支撑元件30又在运动传递构件6的第二耦合区域61处被固定到运动传递构件6，并且每个传导编织物13的相对端被固定(例如，铆接)到第二极端子8的第一耦合区域81。
[0098]
对于本发明的上述实施例，柔性编织物13在开关装置的操作期间在可移动接触件5移动时会发生变形。
[0099]
此外，与上述情况类似，传导编织物13优选地被布置在相对于第二极端子8远离可移动接触件5的位置。
[0100]
然而，原则上，它们可以沿对应的电极单元的主纵向轴线被布置在第二极端子8的相对侧。
[0101]
在图7的实施例中，第二极端子8的第一耦合区域81和传导运动传递构件6的第二耦合区域61通过滑动接触布置电连接。
[0102]
具体地，第二极端子8的第一耦合区域81和传导运动传递构件6的第二耦合区域61具有相互滑动接触的耦合表面(未示出)。以这种方式，不必使用附加导体来电连接运动传递元件6和第二极端子8。
[0103]
一般而言，极单元3的大部分组件(诸如绝缘壳体2、电接触件4至5、极端子8至9、运动传递布置6、7、以及在可移动接触件5与第二极端子8之间的上述耦合布置)可以根据已知类型的解决方案在工业水平实现。因此，在下文中，为了简洁起见，它们将仅关于本发明的感兴趣的方面进行描述。
[0104]
根据本发明，电极单元3包括屏蔽元件10，屏蔽元件10相对于第二极端子8和运动传递构件被布置在固定位置。
[0105]
屏蔽元件10由传导中空体(例如，由钢制成)形成。
[0106]
优选地，如所引用的图中所示，这种传导中空体具有实心结构。
[0107]
然而，根据本发明的备选实施例，这种传导中空体可以具有网状结构。
[0108]
屏蔽元件10被布置在相对于运动传递构件6和第二极端子8的固定位置，使得屏蔽元件10至少部分围绕第二极端子8的第一耦合区域81和传导运动传递构件6的第二耦合区域61。
[0109]
以这种方式，第二极端子8的第一耦合区域81和传导运动传递构件6的第二耦合区域61位于屏蔽元件的内部体积11中，该内部体积11由其中空传导体限定。
[0110]
在图4至图6所示的本发明的实施例中，屏蔽元件10被设计成至少部分围绕柔性导体12、13，柔性导体12、13电连接第二极端子8的第一耦合区域81和传导运动传递构件6的第二耦合区域61。便利地，所述柔性导体容纳在屏蔽元件10的内部体积11中。
[0111]
在图7所示的本发明的实施例中，屏蔽元件10被设计成至少部分围绕第二极端子8的第一耦合区域81和传导运动传递构件6的第二耦合区域61的耦合表面，耦合表面相互滑动接触。便利地，所述耦合表面容纳在屏蔽元件10的内部体积11中。
[0112]
优选地，如所引用的附图中所示，屏蔽元件便利地在第二极端子8的第一耦合部分81处被固定(例如，铆接)到第二极端子8。
[0113]
优选地，屏蔽元件10包括相对于对应的电极单元的固定接触件4分别位于近端位置和远端位置的相对的第一面10c和第二面10d。
[0114]
优选地，屏蔽元件10在其第一面10c处被固定到第二极端子8，使得第二极端子的第一耦合区域81被封闭在屏蔽元件的内部体积11中。
[0115]
优选地，在上述第一面10c和第二面10d处，屏蔽元件10包括与运动传递构件6的位移轴线和第二极端子8的孔82同轴的第一孔10a和第二孔10b。以这种方式，运动传递构件6可以穿过所述第一孔10a和第二孔10b以及电屏蔽元件的内部体积11。
[0116]
上述布置显著简化了屏蔽元件10与运动传递构件6和第二极端子8的结构集成，从而减小了整体尺寸。
[0117]
优选地，屏蔽元件10具有外部圆形形状。该解决方案允许均衡屏蔽元件本身外部的电场(其在开关装置的操作期间产生)并且有利于屏蔽元件10附近的电极单元的导电部分之间的介电距离的合适设计。
[0118]
优选地，屏蔽元件10的中空体具有椭圆形横截面的管状形状，并且其定位方式使得其主纵向轴线垂直于电极单元3的主纵向轴线并且位于平行于极端子8、9的平面的面上。
[0119]
由于这种布置，第二极端子8的第一耦合区域81和第二耦合区域61可以容易地封闭在屏蔽元件10的内部体积11中。此外，这种布置简化了屏蔽元件10到第二极端子8的耦合。
[0120]
优选地，屏蔽元件10由成型金属套管(例如，由钢制成)形成。
[0121]
采用上述屏蔽元件10提供了显著的优点。
[0122]
在开关装置的操作期间，屏蔽元件10方便地用作封闭在其内部体积中的传导部件的法拉第笼。因此，屏蔽元件10的内部体积11中的电场实际上为零。以这种方式，第二极端子8的第一耦合区域81和/或传导运动传递构件6的第二耦合区域61处的可能的缺陷(这些缺陷可能是由于开关装置的工作寿命期间出现的磨损现象引起的)对电极单元3的整体介电隔离能力没有任何实质性影响。
[0123]
在第二极端子8的第一耦合区域81处和/或在传导运动传递构件6的第二耦合区域61处介电热点(该介电热点在构造上大多受到上述磨损现象的影响)的出现事实上被阻止，因为这些传导部件不受介电应力的影响。
[0124]
由于屏蔽元件10相对于运动传递构件6和第二极端子8被布置在固定位置，所以屏蔽元件10允许更精确地设计电极单元3的内部体积区域处的所述传导部件之间的介电距离。
[0125]
此外，由于屏蔽元件10以相对运动的方式封闭传导部件，从而屏蔽元件10防止或减少了金属粉尘在电极单元3的内部绝缘部件上(例如，在套管绝缘体70上)的沉积。这允许进一步提高电极单元3的介电隔离能力。
[0126]
相对于现有技术的传统解决方案，上述优点允许实现电极单元的内部介电隔离性能的显著改进。实验室测试表明，相对于具有类似操作历史的电极单元，该电极单元的内部体积中的局部放电的起始电压增加高达300％。
[0127]
屏蔽元件10本质上使第二极端子8的第一耦合区域81与第二耦合区域61之间的电连接更加坚固，从而提供保护以免受在开关装置的运输和安装期间可能引起的可能损坏。
[0128]
屏蔽元件10可以改善电极单元3的内部体积的散热。沿可移动接触件5与第二极端
子8之间的传导路径布置，屏蔽元件10可以有效地散发由沿电极单元流动的电流生成的热量，因为屏蔽元件10可以用作散热片。
[0129]
本发明的开关装置1可以进行落入本发明范围内的修改和变型。
[0130]
原则上，屏蔽元件10可以相对于在所引用的图中示出的本发明的实施例不同地布置。
[0131]
根据本发明的一些实施例，屏蔽元件10可以由基本上封闭的中空壳体形成，该中空壳体例如具有圆柱形、球形或椭圆形形状，并且屏蔽元件10可能设置有成形窗口以允许其与运动传递构件6和第二极端子8的结构集成。
[0132]
根据本发明的一些实施例，屏蔽元件10的中空导电体可以由相对刚性的金属材料网或笼形成，该金属材料网或笼可以适当地成形以限定内部体积，第二极端子8的第一耦合区域81和传导运动传递构件6的第二耦合区域61可以容纳在该内部体积中。
[0133]
根据本发明的开关装置1提供了相对于现有技术的已知装置的显著的优点。
[0134]
本发明的开关装置具有电极单元，该电极单元设置有屏蔽元件，该屏蔽元件能够防止介电隔离能力的可能衰减，这可能是由于相对运动的传导部件的磨损现象的影响。
[0135]
以这种方式，电极单元在介电隔离方面可以表现出很高的性能。
[0136]
因此，相对于现有技术的当前可用解决方案，本发明的开关装置表现出高水平的可靠性和改进的寿命。
[0137]
本发明的开关装置具有电极单元，该电极单元具有坚固结构，特别是关于它们的传导部件相互相对运动的情况。
[0138]
因此，相对于现有技术的当前可用解决方案，本发明的开关装置在现场相对容易运输和安装。
[0139]
本发明的开关装置可以很容易地在工业水平制造，并且相对于现有技术的解决方案具有成本竞争力。