用于借助于切换设备切换断开触点间隙的结构和方法 |
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| 申请号 | CN201580051150.8 | 申请日 | 2015-08-26 | 公开(公告)号 | CN107112160A | 公开(公告)日 | 2017-08-29 |
| 申请人 | 西门子公司; | 发明人 | B.泽维奥洛; A.齐罗夫; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于借助于切换设备切换在触点之间的间隙的结构和方法，其中高频 能量 的能量传输为至少一个特别是 真空 灭弧室的切换设备提供 致动器 能量。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于借助于切换设备切换断开触点间隙的结构，其以这样的方式配置使得射频能量的直流隔离的能量传输为至少一个特别是真空灭弧室的切换设备提供致动器能量。 |
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| 说明书全文 | 用于借助于切换设备切换断开触点间隙的结构和方法[0004] 在这种情况下，给定的负载是无载切换、工作电流的切换和短路电流的切换。 [0005] 例如，要求包括，切换设备旨在在闭合状态下对工作电流和短路电流的流动提供尽可能小的阻力。相比之下，在断开的状态下断开触点间隙必须安全地承受发生在其处的电压。 [0006] 还要求的是，当切换设备断开或闭合时，所有带电部件必须相对于地充分地绝缘且相间绝缘。 [0007] 此外，切换设备旨在能够在施加电压时闭合电路。然而，就隔离器的情况来说，除小的充电电流之外，仅对于断电状态需要这个条件。此外，切换设备旨在能够在电流流动时断开电路（这个要求不是对隔离器而作出）。 [0008] 切换设备还旨在引起尽可能低的操作过电压。 [0010] 由于高的机械载荷，取决于按照数据表的模型，这种机械的切换操作允许10000-120000次切换循环，在10000次切换循环之后给传动器上油并且在30000次切换循环之后不得不更换真空灭弧室。 [0011] 在这种情况下，带有跳闸元件、辅助开关、显示器与致动设备的整个传动机构被容纳在传动箱中。 [0013] 为了接通，闭合弹簧在原位被机械地解锁或借助于远程致动被电动解锁。在接通操作期间，闭合弹簧张紧断开弹簧或触点压力弹簧。目前被卸载的闭合弹簧再次通过传动马达被自动张紧，或被手动张紧，在这种情况下，后者具有人在场的缺点，在某些环境下，在场的人额外地也暴露在危险中。 [0014] 本发明的目标是具体指明克服上述解决方案的缺点的方法和结构。 [0015] 该目标通过根据权利要求1的特征的用于借助于切换设备切换断开触点间隙的结构和通过根据权利要求10的特征的用于借助于切换设备切换断开触点间隙的方法被实现。 [0017] 传输和提供射频能量的做法省去了对于切换的人工介入。此外，该解决方案能够实现并支持这样的事实，即：机械部件以及机械操作的使用被最小化，结果磨损相当大地减少。此外，射频能量传输与在同一路径上以双向方式发送信息的可能性有关。 [0018] 例如，这也适用于根据改进方案在射频能量传输期间用于波的导向件的使用，其中切换设备以不导电的方式，特别是通过电介质波导，机械地连接到射频源，切换设备被以这样的方式配置使得其具有将传输的能量转换为致动器能量的装置。 如果电介质波导被包括，那么除用于切换所需的能量的传输（在技术行话中也称为功率的传输）之外，该改进方案的进一步的优点在于结构的绝缘和稳定。此外，产生的热可通过波导耗散。 [0019] 对此的替代方案是结构的改进方案，根据其，为了传输能量的目的，在没有例如波导的引导波的媒介的情况下，射频能量作为电磁波发射到切换设备，切换设备被以这样的方式配置使得它具有将传输的能量转换为致动器能量的装置。 [0020] 如果结构以如下的方式构建为转换装置采用至少一个整流结构的形式，则射频能量被变换成适合于能量存储或适合于如在改进方案中提供的电动操作开关的电气变量在该改进方案中，电动操作开关，特别是继电器开关，被连接在能量传输的下游作为致动器。 [0021] 如果转换装置由至少两个并联的整流结构形成，则可传输更高的射频（RF）功率。 [0022] 在一个优选的改进方案中，波导包括固体电介质材料，特别是氧化铝、特氟龙、高密度聚乙烯（HDPE）或热压碳化硅，取决于材料的选择，对给定要求和优化的改型是可能的。例如，由于它的较高的导热性，碳化硅有助于结构的更好的散热。 [0023] 替代地或另外地，结构可以以如下的方式构建为波导由填充有电介质液体的柔性材料形成。例如，这使形成几何构造成为可能，这进而可有助于在机械和电气上优化结构。 [0024] 如果切换结构的至少部分的元件设置有传感器，则与灭弧室的例如机械致动器的部件相关的操作信息可在与能量传输相反的方向上或以双向的方式通过波导被另外传输。这可有助于灭弧室的维修的便易，并可适时地指示可能的故障，并有可能能够防止失效。 [0025] 在根据本发明的用于借助于切换设备切换断开触点间隙的方法中，射频能量的能量传输为至少一个切换设备，特别是真空灭弧室，提供致动器能量。通过它的特征，根据本发明的方法为利用借助于根据本发明及其的改进方案的结构的优点奠定基础。 [0026] 从图1到3中所示的根据现有技术的结构开始并基于图4中图示的示例性实施例，下面更加详细地说明本发明和进一步的优点。在图中：图1 示出借助于真空灭弧室形成的切换设备， 图2 示出真空管切换设备作为断路器的典型使用， 图3 以侧视图示出断路器的切换设备， 图4 以侧视图示出根据本发明的示例性实施例。 [0027] 图1图示借助于真空灭弧室形成的切换设备。可以看到典型的结构，以传动和连接螺栓开始、用于螺栓的导向件、以被折叠波纹管包围的方式安装在由绝缘体包住的切换室中的动触点件，并且在所述切换室中与动触点件相对地还安装了静触点件且静触点件在连接盘中终止。 [0028] 图2以安装在断路器结构中的形式图示多个在先前的图中图示的切换设备。在这种情况下，在图示的左手部分还可以看到柄，所述柄在切换操作期间移动传动和连接螺栓，并将两个触点件带到一起或使两个触点件分离并因此闭合或断开电路。 [0029] 为了图示本发明，在图3中可以看到以侧面图示的断路器的这些元件之一。可以看到在断路器结构中真空灭弧室“真空灭弧室”怎样被固定在上灭弧室载体和下灭弧室载体之间，根据现有技术这些载体各自通过绝缘体“绝缘体”被连接到传动箱“传动箱”，如上所述在切换操作期间，传动箱通过机械开关“机械开关”移动可动螺栓。 [0030] 在上述的每个切换操作期间，弹簧（未图示）被机械张紧或松弛。因此，切换操作承受高的机械负载，并且在某些环境下在频繁的切换操作的情况下被用坏，这减少了切换循环的最大次数。 [0032] 在这种情况下，改进基于射频能量作为用于致动真空灭弧室“真空灭弧室”的开关的致动器能量的使用并且为此目的传输该能量到开关。例如，传输可借助于电介质波导“电介质波导”进行。替代地，射频能量也可以以辐射的方式传输或者利用不是介电的其它波导传输。 [0033] 机械致动器“机械开关”可采用电磁体的形式。 [0034] 在图示的示例性实施例中，真空灭弧室被电动切换，例如借助于继电器“继电器”。 [0035] 在示出的示例性实施例中，替代下绝缘体“绝缘体”，电介质波导“电介质波导”被装配，该电介质波导具有如下优点，即其同时绝缘、稳定并允许用于切换操作所需的功率的传输。此外，任何可能产生的热可通过该波导“电介质波导”耗散。 [0036] 还可以看到信号发生器“微波信号发生器”，其使用功率放大器“微波功率放大器”来产生所需的RF功率信号（例如在微波或毫米波范围中），然后所述RF功率信号在电介质波导“电介质谐振器”的另一端处，即在真空灭弧室“真空灭弧室”的那侧，借助于整流设备“微波整流器”整流，并被提供给继电器“继电器”。 [0037] 在这种情况下，为了更高的射频功率，作为替代的改进方案，多个整流器可以以并联的方式工作。整流器可包括一个或多个二极管。二极管可以是肖特基二极管或其它二极管或别的改型晶体管。半导体可基于GaAs或GaN技术或别的技术。 [0038] 整流器还可通过借助于相应的电路措施来缓冲或稳定而有利地构建。例如，直流功率可在电容器中被缓冲，然后可使其可被这里是继电器“继电器”的致动器利用，用于致动真空开关“真空灭弧室”。 [0039] 如果波导包括氧化铝、特氟龙、高密度聚乙烯或别的固体电介质材料，则提供了波导的有利构造。为了散热的目，热压碳化硅(SiC, εr=40, 导热系数 90-160 W cm-1 K-1 ↔ Cu 240-380 W cm-1 K-1)由于高的导热性也可被考虑。 [0040] 另外，波导可以以如下的方式配置使得它包括填充有相应的电介质液体的管。在这种情况下，波导可以是直的，或者也可以呈现利用目前已知的任何期望的制作方法制作的复杂形式。 [0042] 例如，一个或多个管可在组件内以并行的方式操作，这可导致经济上的优势。通过使用简单的机电措施来实现高度的切换同步性的可能性促进了并行或串行操作。通过能够对传输能量的射频信号添加合适的触发信号可实现这种切换的同步性。 [0043] 在灭弧室或整个结构上的机械致动器“机械开关”或其它部件可装备有测量相关操作信息的传感器。在功率传输期间信息可通过波导“电介质波导”同时被传回。 |
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