用于操作电气开关的系统和方法与流程

用于操作电气开关的系统和方法
1.相关申请
2.本技术要求于2020年3月31日提交的美国临时专利申请no.63/002,509的权益，两者的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.实施例涉及电气开关，更具体地，涉及高压电气开关。


技术实现要素：

4.当电气开关(比如，空气断路开关)移动至闭合位置时，可能会发生电弧放电。电弧放电对在电气开关存在的电气工人和设备来说是危险的。可以通过在闭合电气开关之前切断上游断路器的电力来防止电弧放电。然而，在上游断路器处切断电力也可能切断正在维修的特定区域以外的整个区域的电力。因此，需要一种减少和/或消除闭合时的电弧放电的高压电气开关。
5.因此，一个实施例提供了一种开关，其包括第一电气端子，该第一电气端子包括可以在断开位置(open position)和闭合位置之间枢转的叶片，以及从第一电气端子平行于叶片延伸的杆。该开关进一步包括第二电气端子，该第二电气端子被构造成在处于闭合位置时接收叶片，该第二电气端子包括真空断续器，其中，真空断续器在处于闭合位置时接合杆。将第一电气端子沿着第一方向旋转导致叶片在第一点处从第二电气端子脱离接合，并且进一步将第一电气端子沿着第一方向旋转导致杆在第二点处从真空断续器脱离接合。
6.另一个实施例提供了一种用于操作开关的方法。该方法包括：利用马达将第一电气端子沿着第一方向旋转到第一位置，其中，与第一电气端子连接的叶片在第一位置处脱离第二电气端子；利用马达将第一电气端子沿着第一方向旋转到第二位置，其中，与第一电气端子连接的杆在第二位置处脱离与第二电气端子连接的真空断续器；以及利用马达将第一电气端子沿着第一方向旋转到第三位置。
7.另一个实施例提供了一种真空断续器，该真空断续器被构造成可移除地联接到具有第一电气端子和第二电气端子的开关，其中，真空断续器可移除地联接到第二电气端子。该真空断续器包括杆接触件，该杆接触件被构造成接收联接到第一电气端子的杆。其中，当闭合开关时，杆接触件接合杆并且防止电弧放电。
8.通过考虑详细描述和附图，本技术的其他方面将变得明了。
附图说明
9.图1是根据一些实施例的变电站的透视图。
10.图2是根据一些实施例的图1的变电站的开关的前视图。
11.图3是根据一些实施例的图2的开关的第一电气端子的前视图。
12.图4是根据一些实施例的图2的开关的第二电气端子的前视图。
13.图5是根据一些实施例的图2的开关处于闭合位置的透视图。
14.图6是根据一些实施例的图2的开关处于第二位置的透视图。
15.图7是根据一些实施例的图2的开关处于第三位置的透视图。
16.图8是根据一些实施例的图2的开关处于第四位置的透视图。
17.图9是根据一些实施例的图2的开关处于第五位置的透视图。
18.图10是根据一些实施例的图2的开关处于第六位置的透视图。
19.图11是根据一些实施例的图1的变电站的开关的前视图。
20.图12a-图12d是根据一些实施例的开关的透视图。
21.图13a-图13d是根据一些实施例的开关的透视图。
22.图14a-图14c是根据一些实施例的图12a-图12d和图13a-图13d的开关的杆的透视图。
23.图15是根据一些实施例的图12a-图12d和图13a-图13d的开关处于闭合位置的透视图。
24.图16是根据一些实施例的图12a-图12d和图13a-图13d的开关处于第二位置的透视图。
25.图17是根据一些实施例的图12a-图12d和图13a-图13d的开关处于第三位置的透视图。
26.在以下详细说明中，在图与图之间，相似的附图标记将用于指代相似的零件。
具体实施方式
27.在详细解释本技术的任何实施例之前，应当理解，本技术的应用不限于在以下描述中阐述的或在以下附图中示出的构造的细节和部件的布置。本技术能够具有其他实施例，并且能够以多种方式实践或执行。本文所用的任何方位词(比如各种形式的“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”、“上方”和“下方”)仅出于描述特定实施例的目的，并不意在限制本公开。
28.图1是根据一些实施例的变电站100的透视图。变电站100包括基座105以及一个或更多个开关110a-110c。基座105被构造成用于支撑一个或更多个开关110。基座105可以是任何类型的适当的实用结构，包括但不限于变电站结构。
29.图2示出了根据一些实施例的开关110的前视图。开关110可以是高电压开关和/或高电流开关，其被构造成将电源与负载电气连接/断开连接。在一些实施例中，开关110是空气断路开关。在其他实施例中，开关110可以是立式断路开关(例如，图12-图17)、侧面断路开关、双端断路开关、中心断路开关、挂钩开关或任何其他开关式样。
30.开关110包括第一细长绝缘体115和与第一细长绝缘体115相对的第二细长绝缘体120。第一细长绝缘体115和第二细长绝缘体120可以通过绝缘体基座125连接。第一电气端子130可以由第一细长绝缘体115支撑并且包括在第一平面中从第一电气端子130突出的叶片135。杆140也可以从第一电气端子130突出，杆140在不同于第一平面的第二平面中大致平行于叶片135。在一些实施例中，杆140位于叶片135上方。第二电气端子145可以由第二细长绝缘体120支撑。
31.真空断续器150可以由第二电气端子145支撑。在一些实施例中，当在一个区域中和/或在开关110上执行维护时，真空断续器150可以可移除地联接到(例如，螺栓连接到)开
关110。第一电气端子130的叶片135可以被构造成在闭合位置(如图5所示)和断开位置(如图8所示)之间移动。当处于闭合位置时，叶片135可以被构造成由第二电气端子145接收(即，接合到第二电气端子)，从而将电源连接到负载。
32.图3示出了第一细长绝缘体115和第一电气端子130。第一细长绝缘体115可以经由第一支承组件300联接到绝缘体基座125。第一电气端子130可以经由第二支承组件310联接到第一细长绝缘体115。第一支承组件300允许第一细长绝缘体115围绕第一竖直轴线旋转。第一竖直轴线与第一细长绝缘体115相交并且可以垂直于由绝缘体基座125所形成的平面。第一细长绝缘体115可以沿着顺时针方向(例如，第一方向)或逆时针方向(例如，第二方向)旋转。随着第一细长绝缘体115旋转，第一电气端子130也沿着相同方向旋转。当处于闭合位置时，将第一细长绝缘体115以及由此将叶片135沿着第一方向旋转会使叶片135从闭合位置枢转至断开位置。将第一细长绝缘体115沿着第二方向旋转会使叶片135从断开位置枢转至闭合位置。叶片135在第一平面内旋转。随着第一电气端子130旋转，杆140也沿着与第一电气端子130相同的方向旋转。杆140在第二平面内旋转。
33.在一些实施例中，叶片135包括灭弧臂(arcing arm)305，该灭弧臂305防止在叶片135脱离第二电气端子145时发生电弧放电。杆140包括第一杆部分141、第二杆部分142和杆外壳143。第一杆部分141包括连接到第一电气端子130的第一端，使得第一杆部分141从第一电气端子130延伸。第二杆部分142从第一杆部分141的第二端大致垂直地延伸。第二杆部分142被构造成接合第二电气端子145的真空断续器150。在一些实施例中，杆140可以被偏压(例如，经由弹簧)。当向杆140施力时，杆140被向内推向杆外壳143。在闭合位置，该力可以由杆接触件415提供(如图4所示)。在一些实施例中，当开关110处于闭合位置时，杆140完全位于杆外壳143内。随着力的减小，杆140从杆外壳143向外移动到由第一杆部分141的长度所限定的最大杆长度。第一电气端子130还可以包括被构造成连接到传输线的导体接触件315。
34.图4示出了第二细长绝缘体120和第二电气端子145。第二细长绝缘体120可以经由第三支承组件400连接到绝缘体基座125。如上所述，第二电气端子145可以由第二细长绝缘体120支撑。第二电气端子145可以包括被构造成接合叶片135的电气接触件405。当叶片135接合电气接触件405时，第一细长绝缘体115不可以再沿着第二方向围绕竖直轴线旋转。在一些实施例中，第二电气端子145包括被构造成连接到灭弧臂305的灭弧臂端子420。灭弧臂端子420从第二电气端子145向外延伸，使得灭弧臂305在叶片135脱离电气接触件405之后保持与灭弧臂端子420的连接。
35.真空断续器150可以经由第四支承组件410连接至第二电气端子145。在一些实施例中，真空断续器150包括被构造成接合杆140的杆接触件415(例如，闩锁)。当第一细长绝缘体115沿着第一方向移动时，杆140保持与杆接触件415连接。由于杆140所提供的力，第一细长绝缘体115沿着第一方向的移动导致真空断续器150围绕第四支承组件410的移动。例如，第一细长绝缘体115沿着顺时针方向的移动导致真空断续器150沿着逆时针方向旋转。随着第一细长绝缘体115和真空断续器150旋转，杆140保持与杆接触件415的连接，直到到达释放点，这将在下面进一步解释。此外，第一细长绝缘体115和真空断续器150的旋转导致将杆140压入杆外壳143的力减小。随着按压杆140的力减小，杆140从杆外壳143向外移动，从而允许杆140保持与杆接触件415的连接。
36.图5示出了根据一些实施例的处于闭合位置的开关110。在闭合位置，杆140的第二杆部分142与杆接触件415接合，并且叶片135与电气接触件405接合。叶片135和电气接触件405之间的连接允许电流在第一电气端子130和第二电气端子145之间流动。当处于闭合位置时，第一细长绝缘体115不能再沿着逆时针方向旋转，并且第二细长绝缘体120不能再沿着顺时针方向旋转(如图5的透视角度的视图所示)。将第一细长绝缘体115沿着顺时针方向或第一方向(如箭头500所示)旋转导致叶片135脱离电气接触件405。一旦叶片135脱离电气接触件405，则电流流过真空断续器150。
37.开关110可以进一步被旋转至第一点，如图6所示。随着第一细长绝缘体115沿着顺时针方向旋转，杆140成比例地从杆外壳143向外移动。真空断续器150与第一细长绝缘体115相反地旋转(沿着逆时针方向旋转)，使得杆140保持与杆接触件415接合。在一些实施例中，一旦开关110旋转到第一点，则真空断续器150内的第一断续器接触件(未示出)和第二断续器接触件(未示出)分离，从而中断真空断续器150内的电流。因此，在第一点处，电流不再从第一电气端子130流向第二电气端子145。在一些实施例中，第一点是开关110旋转了大约40度的点。
38.开关110可以进一步被旋转至第二点，如图7所示。随着第一细长绝缘体115和真空断续器150继续旋转，杆140继续成比例地退出杆外壳143。一旦第一杆部分141完全伸出，则额外的旋转导致杆140(更具体地，第二杆部分142)脱离杆接触件415。第一电气端子130和第二电气端子145之间的所有电接触在此点处断开。此外，由于真空断续器150现在处于断开状态，所以不会在真空断续器150的外部发生电气电弧放电。在一些实施例中，电弧在杆140脱离杆接触件415之前熄灭。在一些实施例中，第二点是开关110旋转了大约45度的点。
39.在一些实施例中，如图8所示，第一细长绝缘体115进一步旋转至90度，并且开关110进入断开位置。一旦第一细长绝缘体115旋转了大约90度，则它不能再沿着顺时针方向旋转。在一些实施例中，一旦杆140脱离杆接触件415，则第一细长绝缘体115保持在第二点处并且不能再沿着顺时针方向旋转。在一些实施例中，如图8所示，真空断续器150保持在第二点处。在一些实施例中，真空断续器150不能旋转超过大约45度。然而，在其他实施例中，真空断续器150旋转超过45度(例如，大约90度)。
40.一旦处于断开位置，则第一细长绝缘体115可以沿着逆时针方向或第二方向(图9中箭头600所示)旋转，以重新进入闭合位置。如图9所示，当第一细长绝缘体115沿着逆时针方向旋转时，第二杆部分142在第二点处接合杆接触件415。一旦杆140被接合，则杆140推动杆接触件415，并且因此推动真空断续器150。当第一细长绝缘体115沿着逆时针方向旋转并且杆140与杆接触件415接合时，第一细长绝缘体115沿着逆时针方向的继续移动导致真空断续器150沿着顺时针方向的移动。
41.第一细长绝缘体115可以继续沿着逆时针方向旋转。如图10所示，随着第一细长绝缘体115和真空断续器150继续旋转，杆140被推入杆外壳143中。随着真空断续器150旋转，第一断续器接触件和第二断续器接触件接合，从而允许电气电流在真空断续器150内流动并且将真空断续器150置于闭合状态。电气电流从真空断续器150流至杆140，从而在第一电气端子130和第二电气端子145之间建立电气连接。在一些实施例中，真空断续器150在第一点处进入闭合状态。在一些实施例中，当开关110距离进入闭合状态相差35度时，真空断续器150进入闭合状态。
42.随着第一细长绝缘体115继续沿着逆时针方向旋转，并且真空断续器150继续沿着顺时针方向旋转，开关110进入闭合状态，如图5所示。当进入闭合状态时，可以防止电弧放电的发生。在一些实施例中，在叶片135与第二电气端子145形成电气连接之前，由于真空断续器150进入闭合状态(并且因此允许电流流过真空断续器150)，所以可以防止电弧放电发生。例如，当开关110距离进入闭合状态35度时，真空断续器150可以经由杆140闭合。
43.图11示出了根据一种替代实施例的开关110。第一细长绝缘体115和第二细长绝缘体120、绝缘体基座125、第一电气端子130以及第二电气端子145的功能可以类似于图2的开关110的功能。例如，当开关110处于闭合位置时，叶片135可以由第二电气端子145接收。
44.在一些实施例中，杆140包括接收部分1100。接收部分1100可以进一步包括第一接收部分1102和第二接收部分1104。第一接收部分1102可以从第一电气端子130平行于叶片135延伸。第二接收部分1104可以从第一接收部分1102以一定角度延伸，使得第二接收部分1104不平行于叶片135。在一些实施例中，第二接收部分1104以一定角度从第一接收部分1102延伸，使得第二接收部分1104沿着不同于第一接收部分的轴线延伸。在一些实施例中，第二接收部分1104位于与第一接收部分1102相同的平面上。
45.在一些实施例中，真空断续器150包括带有断续器杆1110的断续器端子1105。断续器杆1110可以从断续器端子1105竖向延伸，使得当处于闭合位置时，断续器杆1110由接收部分1100接收，从而在第一电气端子130和第二电气端子145之间形成电气连接。当处于闭合位置时，断续器杆1110可以位于第一接收部分1102中。随着开关110转换到断开位置，断续器杆1110从第一接收部分1102移动到第二接收部分1104。在一些实施例中，断续器杆1110在第二点处与第二接收部分1104分离，如上所述的。在一些实施例中，第一细长绝缘体115、第二细长绝缘体120、第一电气端子130、第二电气端子145以及叶片135的操作类似于上文先前定义的操作。
46.图12-图17示出了根据一些实施例的立式断路开关1210。开关1210可以是高电压开关和/或高电流开关，其被构造成将电源与负载电气连接/断开连接。在一些实施例中，开关1210包括操作方式类似于开关110的部件的操作的部件。
47.如图所示，立式断路开关1210可以包括(多个)第一细长绝缘体(尽管在其他实施例中，可以有单个第一细长绝缘体)1215和与第一细长绝缘体1215相对的第二细长绝缘体1220。(多个)第一细长绝缘体1215和第二细长绝缘体1220可以通过绝缘体基座1225连接。第一电气端子1230可以由第一细长绝缘体1215支撑并且包括在第一平面中从第一电气端子1230突出的叶片1235。第二电气端子1245可以由第二细长绝缘体1220支撑。真空断续器1250可以由第二电气端子1245支撑。类似于本文所公开的其他实施例，真空断续器1250可以可释放地联接到立式断路开关1210。
48.在所示的实施例中，第一杆1240也可以从第一电气端子1230突出，该杆1240大致平行于叶片1235。此外，真空断续器杆或第二杆1248可以从真空断续器1250突出。
49.图12a-图12d示出了从断开位置(图12a)进入闭合位置(图12d)的立式断路开关1210。图13a-图13d示出了从闭合位置(图13a)进入断开位置(图13d)的立式断路开关1210。
50.图14a-图14c示出了在立式断路开关1210的闭合期间第一杆1240和真空断续器杆1248之间的相互作用。如图所示，第一杆1240可以包括杆接收部分1242。杆接收部分1242可以在第一位置(如图14a和图14b所示)被偏压(例如，经由弹簧)。在立式断路开关1210的闭
合期间，杆接收部分1242接合(或接收)真空断续器杆1248(从而闭合真空断续器)。当闭合立式断路开关1210时，可以防止电弧放电发生(例如，通过在开关1210进入闭合状态之前闭合真空断续器)。在所示的实施例中，当与真空断续器杆1248接合时，杆接收部分1242可以移动到第二位置(由图14c所示)。
51.图15示出了根据一些实施例的处于闭合位置的开关1210。在所述闭合位置中，真空断续器杆1248与第一杆1240的杆接收部分1242接合，并且叶片1235与第二电气端子1245(例如，第二电气端子1245的电气接触件)接合。叶片1235和第二电气端子1245(例如，第二电气端子1245的电气接触件)之间的连接允许电流在第一电气端子1230和第二电气端子1245之间流动。将叶片1235沿着方向1500旋转导致叶片135脱离第二电气端子1245(例如，第二电气端子1245的电气接触件)。
52.开关1210可以进一步旋转至第一点，如图16所示。随着叶片1235旋转远离第二电气端子1245，杆1240沿着相同方向成比例地移动。杆1240(更具体地，杆接收部分1242)保持与真空断续器杆1248接合。在一些实施例中，一旦开关1210旋转到第一点，则真空断续器1250内的第一断续器接触件(未示出)和第二断续器接触件(未示出)分离，从而中断真空断续器1250内的电流。因此，在第一点处，电流不再从第一电气端子1230流向第二电气端子1245。
53.开关1210可以进一步被旋转至第二点，如图17所示。随着叶片1235继续旋转远离第二电气端子1245，杆1240的杆接收部分1242从真空断续器杆1248脱离。第一电气端子130和第二电气端子145之间的所有电接触在此点处断开。此外，由于真空断续器1250现在处于断开状态，所以不会在真空断续器1250的外部发生电气电弧放电。在一些实施例中，电气电弧在杆接收部分1242脱离真空断续器杆1248之前熄灭。
54.因此，本技术提供了用于在闭合位置和断开位置之间操作电气开关的系统和方法。本技术的各种特征和优点在所附权利要求中进行了阐述。