具有如母线隔离开关和接地隔离开关的两个断路器且包括断路器的可移动触头共用的致动器装置的电开关器具 |
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| 申请号 | CN200980140835.4 | 申请日 | 2009-10-13 | 公开(公告)号 | CN102187417A | 公开(公告)日 | 2011-09-14 |
| 申请人 | 阿雷瓦T&D股份公司; | 发明人 | 卢卡斯·特赖尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 开关 器具的控制，该开关器具包括两个开关，如 母线 隔离开关 和接地开关。本发明包含旋转控制轴和两个触发系统，每个触发系统包含铰接在一起的两个杆，其中一个铰接杆(2210、2211)连接到控制轴(220)，而另一个杆(2220、2221或2250、2251)连接到其中一个可移动触头(200、210)。当每个可移动触头(200、210)处于或接近其闭合 位置 时，本发明的机构使得通过将所述杆的枢 转轴 线(222、223或222、225或225、226)与控制轴的 旋转轴 线对齐而能够在驱动时获得死点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于开关器具(2A、2B、2C)的控制机构，所述开关器具包含两个断路器，如接地隔离开关(20)和母线隔离开关(21)，每个断路器具有由静止触头(201；211)和以直线运动方式移动的触头(200；210)组成的一对触头，以便所述触头在开关操作时相互分离，其中所述控制机构包含致动可移动触头并包括一旋转控制轴(220)的共用致动器装置(22)，所述共用致动器装置用于使其中一个断路器闭合同时保持另一个断路器断开，反之亦然，所述控制机构具有两个触发系统(2210、2220；2211、2221或2210、2250；2211、2251)，每个触发系统由铰接在一起的两个杆组成，其中一个铰接杆(2210、2211)固定于所述控制轴(220)，而另一个铰接杆(2220、2221或2250、2251)联接到其中一个可移动触头(200、210)； |
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| 说明书全文 | 具有如母线隔离开关和接地隔离开关的两个断路器且包括断路器的可移动触头共用的致动器装置的电开关器具 技术领域[0001] 本发明涉及开关器具领域，该开关器具具有两个断路器，如母线隔离开关和接地隔离开关。 [0002] 更具体地，本发明涉及所述类型的开关器具，其中诸如隔离开关的每个断路器均包括由静止触头和以直线运动方式移动的触头组成的一对触头，以便在开关操作时相互分离。 [0003] 主要应用是中压或高压开关设备，其中母线隔离开关和接地隔离开关设置在绝缘箱内，在保护气氛下每个绝缘箱填充有介质气体，如SF6。 背景技术[0004] 在这种类型的器具中执行的机械操作通常是独立的且由两个单独的机械控制单元执行，所述机械控制单元由机械联锁装置或电联锁装置控制。 [0006] 过去已建议，利用单一旋转控制轴来致动诸如母线隔离开关和接地隔离开关的两个单独断路器中的每个可移动触头。特别地，已知的是利用单一旋转轴来致动两个可移动触头作直线运动。 [0007] 文献EP0735637B1在其图8所示的实施方式中描述了一种具有两个母线隔离开关25、35；29、36的开关器具，其中以直线运动方式移动的两个触头35和36中的每个通过一基本平直的(generally straight)联接杆42、43连接到具有单一臂部的杆45。该杆45自身固定于旋转轴21，该旋转轴的旋转轴线位于触头35和36的相应直线运动轴线的交点处。 [0008] 文献EP1082791B1在其图2所示的实施方式中也描述了一种包括母线隔离开关53、51和接地隔离开关55、16的开关器具，其中以直线运动方式移动的两个触头53和55各通过一基本平直形状的联接棒或联接杆74、75连接到具有单一臂部的杆71。该杆71自身固定于旋转轴7，该旋转轴的旋转轴线与触头53和55的相应直线运动轴线隔开距离a1和a2。 [0009] 文献EP1068659B1在其图2所示的实施方式中描述了一种具有两个断路器25、22、23；24、22、23的开关器具，其中以直线运动方式移动的单个触头22通过设置在触头22中的销26连接到具有单一臂部的杆61。该杆61自身固定于旋转轴5，该旋转轴的旋转轴线与可移动触头22的直线运动轴线隔开。传动比(即可移动触头22的线性线程(linear stroke)与旋转轴5转动经过的扫掠角度(sweep angle)之间的比率)和力的平行四边形(parallelogram)在接近闭合位置(即可移动触头22与对应的静止触头23或与静止触头 24相互接合的位置)时未被最优化。这种高比率使得有必要施加高扭矩来使轴5旋转。另外，在接近闭合位置时径向力作用于可移动触头22上，这具有导致可移动触头将枢转的风险。 [0010] 上面所讨论文献中描述的开关器具的结构都具有缺陷，即当可移动触头处于其闭合位置时，也就是当它们与对应的静止触头相互接合时，在旋转轴上产生一反作用力。换言之，不期望的载荷施加到旋转轴和其上游的致动器上，该致动器对轴施加旋转运动。而且，所描述的器具的结构未针对非常高压情况下的使用进行优化，因为难以实现各个传动元件(也即轴、杆或多个杆、以及联接杆)的介质遮盖(dielectric shrouding)。 发明内容[0011] 本发明的目的在于全部或部分地减少目前已知的、具有两个断路器(如接地隔离开关和母线隔离开关)的开关器具的控制机构的缺陷，其中可移动触头共用所述断路器的致动器装置。 [0012] 更特别地，本发明的目的在于提出一种用于上述类型开关器具的控制机构，该控制机构具有共用致动器装置，其中在首先旋转控制轴和其次每个以直线运动方式移动的触头之间对力的传递进行优化。 [0013] 具体地，本发明的目的在于提出一种用于上述类型开关器具的控制机构，该控制机构具有共用致动器装置，该共用致动器装置具有可变传动比(即，可移动触头直线运动的距离与旋转控制轴运动的角距离之间的比率)，这个比率在接近相关隔离开关的闭合位置时具有最小的值。 [0014] 本发明进一步特别的目的在于提出一种用于上述类型开关器具的控制机构，该控制机构具有共用致动器装置，使得施加到旋转控制轴上的最大扭矩减小，还使得相对于可移动触头的直线运动轴线为横向的力同样小。 [0015] 本发明的又一目的在于提出一种用于上述类型开关器具的控制机构，该控制机构具有尺寸小且容易组装的共用致动器装置。 [0016] 为此目的，本发明提供了一种用于开关器具的控制机构，该开关器具包含至少两个断路器，如接地隔离开关和母线隔离开关，每个断路器具有由静止触头和以直线运动方式移动的触头组成的一对触头，以便所述触头在开关操作时相互分离，其中该控制机构包含致动可移动触头并包括旋转控制轴的共用致动器装置，该共用致动器装置使其中一个断路器闭合同时保持另一个断路器断开，反之亦然，该控制机构具有两个触发系统，每个触发系统由铰接在一起的两个杆组成，其中一个铰接杆固定于控制轴，而另一个铰接杆联接到其中一个可移动触头；该机构使得，当每个可移动触头处于或接近其闭合位置时，控制轴的旋转轴线的布置以及触发系统的几何结构、长度和设置使得能够在致动时通过将所述杆的枢转轴线与控制轴的旋转轴线对齐而获得死点(dead center point)。 [0019] 在一个实施方式中，所述轴的旋转轴线基本上布置在可移动触头的直线运动轴线的交点处，并且共用致动器装置包括具有两个臂部且固定于控制轴的构件，其中两个所述臂部中的每一个铰接于一联接杆，该联接杆自身铰接于可移动触头，每个所述触发系统由所述构件的铰接于其联接杆的一个臂部组成。 [0020] 有利地，固定于控制轴的构件的每个臂部基本为平直形状的，并且其中铰接于可移动触头的每个联接杆为弯曲形状的。因此，通过避免每个联接杆及其曲柄(crank)之间的任何几何结构干扰，这允许可移动触头执行相对较长的行程。换言之，与其中致动部件的每个臂部和每个联接杆均采取基本平直形状的假定布置相比，每个可移动触头执行的行程较长，这是因为旋转控制轴的角度扫掠(angular sweep)可在较大的旋转角度上进行，高达180°。 [0021] 在另一个实施方式中，控制轴的旋转轴线与可移动触头的直线运动轴线以分隔所述轴线的具有最小值的角度部分隔开，并且共用致动器装置包含用于给定可移动触头的一个杆，该杆固定于控制轴并铰接于固定在联接杆上的另一杆，该联接杆自身固定于可移动触头，每个触发系统由所述一个杆和另一杆组成。 [0022] 固定于控制轴的杆有利地由限定出U形的两个部分组成，该U形限定了另一杆在旋转时能够进入其中的内部自由空间，在旋转时存在于其中使得控制轴能够旋转经过大约240°的角度。 [0023] 杆的限定出U形的两个所述部分优选地形成在一共用整体构件中。 [0024] 在进一步的实施方式中，控制轴的旋转轴线与可移动触头的直线运动轴线以分隔所述轴线的具有最小值的角度部分隔开，并且共用致动器装置包含具有两个臂部且固定于控制轴的构件，其中两个所述臂部中的每个铰接于一中间杆，该中间杆间接地联接到一联接杆，该联接杆自身铰接于可移动触头，每个所述触发系统由所述构件的铰接于其中一个中间杆的一个臂部组成。 [0025] 在这个进一步实施方式中，中间杆可利用构成返回杆(return lever)的另外的构件而间接地铰接于联接杆。 [0026] 优选地，可移动触头的直线运动轴线以及固定于两个触发系统的控制轴的两个杆基本上布置在一共用平面内。 [0027] 有利地，在每个触发系统中，其固定于控制轴的杆是这样的杆，该杆转动以便以旋转的方式将控制力基本传递到可移动触头以直线运动方式移动的平面内。 [0028] 本发明还提供了一种中压或高压气体绝缘开关，其包括用于至少一个相的开关器具，该开关器具包含箱，该箱中至少部分地安装有上述类型的两个断路器(诸如母线隔离开关和接地隔离开关)的可移动触头以及控制机构。 [0029] 在一变型中，对于三相中的每一相，该开关具有开关器具，该开关器具包括箱，该箱中至少部分地安装有上述类型的两个断路器(诸如母线隔离开关和接地隔离开关)的可移动触头以及控制机构，该控制机构具有以单件制成、联接到一致动器并将三个箱联接在一起的控制轴。 [0030] 替换地，对于三相中的每一相，该开关具有开关器具，该开关器具至少部分地包含上述类型的两个断路器(诸如母线隔离开关和接地隔离开关)的可移动触头和控制机构，该控制机构具有三个单独部件形式的控制轴，一个所述部件联接到一致动器，而其它两个部件中的每个将两个相邻的箱联接在一起。附图说明 [0031] 通过阅读以下仅以示例方式并参考附图给出的详细描述，可以更清楚地理解本发明的特征和优势。 [0032] 附图中： [0033] 图1是气体绝缘开关(GIS)的部分透视图，其中一个相2A以剖面示出，该开关处于接地隔离开关处在其闭合位置的接地(通地)位置； [0034] 图1A是图1所示气体绝缘开关的另一部分透视图； [0035] 图2是本发明开关器具2A的一个实施方式的剖面图，其中该器具处于中间位置； [0036] 图3是图2中实施方式的剖面图，该器具处于断开状态(其中母线隔离开关和接地隔离开关都断开)； [0037] 图4是图2所示实施方式的剖面图，这里示出的器具处于闭合状态(其中母线隔离开关闭合)； [0038] 图5是本发明开关器具2A的一部分的一个实施方式的图解透视图，其中可移动触头处于恰好在其到达闭合状态中的死点之前的位置(其中母线隔离开关闭合)； [0039] 图6是本发明开关器具2A的一部分的一个实施方式的图解透视图，其中可移动触头处于其断开位置； [0040] 图6A是图7所示器具的一部分的图解透视图，但这里示出的是处于恰好在其到达死点闭合位置之前的位置； [0041] 图7是本发明开关器具的一部分的实施方式的图解透视图，其中该器具处于断开位置； [0042] 图8至图10是图8所示开关器具的侧视图，其中这三幅图中的每幅图示出了不同的开关位置，即分别是断开位置、接地(通地)位置和闭合位置；以及 [0043] 图11是图8至图10所示开关器具的顶平面图，并示出了旋转控制轴的区域中的各组件。 具体实施方式[0044] 下面描述的附图示出了与本发明一致并在单极(single pole)上执行开关操作的开关器具2A。毫无疑问，下面所描述的开关器具的布置可重复用于多极组合的每一极。 [0045] 图1示出具有三个相同的箱2A、2B、2C的三相开关1的一部分，每个箱中均安放有与本发明一致的开关器具。这三个相同的相2A、2B和2C布置在一共用金属箱(未示出)内，并通过导体4(参见图2)固定于一绝缘板。另外，提供一固定于这三个相同箱2A、2B和2C的绝缘条5用于机械加固。 [0046] 在图1至图5所示的实施方式中，其中一个相2A的接地隔离开关20和母线隔离开关21基本上布置在一共用平面内，并且它们之间限定了90°的角度。毫无疑问，接地隔离开关20相对于母线隔离开关21的布置可以不同：可以是这样的，即两个隔离开关之间限定70°至180°之间的角度。 [0047] 一个相的可移动触头200和210以及一个相的致动器装置22(也称为力传递装置)布置在一共用箱2A中。每个可移动触头200、210分别在为此目的而形成于箱2A中的开口200A、210A中滑动。接地隔离开关的每个静止触头201固定于未示出的共用金属箱的内部。母线隔离开关的每个静止触头211固定于也未示出的一导体。可移动触头200和210以及致动器装置22的这种布置使得反作用力能够由限制从外部施加的最大反作用力的同一箱2A、2B或2C承受。共用金属箱用作增加介质电阻并减少局部放电的带电元件(live elements)(即，处于一定电压下的元件)的电护套。该箱还用作将电流从每个导体传送到可移动触头的导电元件。可移动触头200和210处于其闭合位置时进入该箱的内部。 [0048] 在附图所示的所有实施方式中，所示的可移动触头200和210为两端敞开的中空旋转圆柱体形。静止触头或电极201和211为中空旋转圆柱体形，但它们仅在面向对应的可移动触头200或210的那一侧敞开。在本发明的实践中，不论给定的断路器是接地隔离开关还是母线隔离开关，该断路器的可移动触头的闭合位置附近都对应于将可移动触头200或210至少部分地插入到相应的静止触头201或211中。 [0049] 可预先组装每个开关器具A、B、C(即，每个相)，如此降低了制造成本，每个开关器具具有箱2A、2B或2C、可移动触头200和210、以及可移动触头(杆、连接棒)共用的致动器装置22的一部分。 [0050] 在附图所示的所有实施方式中，用于可移动触头200和210的共用致动器装置22能够在保持母线隔离开关21断开的同时使接地隔离开关20闭合，反之亦然。可移动触头200和210仅作很少量的移动就可进入其断开位置的事实为箱2A、2B或2C节省了空间。 [0051] 在图1至图4所示的第一实施方式中，共用致动器装置22包括控制轴220，该控制轴上固定有具有两个臂部2210和2211(它们构成杆)的构件221。这些杆2210和2211基本为平直形状的。这两个杆2210和2211中的每个在铰接点(枢转点)222处分别与联接杆(coupling link)2220或2221铰接，这些联接杆也称为连杆。杆2220和2221为弯曲形状的，并且弯曲部分自身在枢转点223处分别铰接于相应的可移动触头200、210，也即分别铰接于接地隔离开关20和母线隔离开关21的可移动触头。由于杆2220和2221的弯曲形状，因此在可移动触头200和210处于断开位置时，这些杆围绕控制轴220布置，如图4针对杆2220所示。这使得控制轴能够旋转(扫掠)通过大约180°的角度，并且对于这么大的旋转角度(角度扫掠)，每个相关的可移动触头能够在其位置范围内获得少量的直线移动。 [0052] 在这个实施方式中，控制轴220的旋转轴线X基本上布置在可移动触头200和210的直线运动轴线的交点处。控制轴220以单件(整体的)制成，穿过(上述)箱的一部分而到达外部，该轴首先由三个箱2A、2B和2C支承，其次由该箱的另一部分支承。控制轴穿过该箱的通道被密封。致动器(未示出)布置在该箱的外部，控制器例如是电子机械式的且控制轴220的旋转。 [0053] 在这个实施方式中，每对由构件221的臂部2210、2211构成的杆与连杆2220和2221之一一起构成一触发系统。该触发系统和控制轴的旋转轴线的几何结构、长度和设置使得每个可移动触头200、210在接近或处于所述闭合位置时都能够位于死点处。这样，在接近闭合位置时，杆的枢转轴线222和223变得与控制轴220的旋转轴线X对齐。换言之，当对应的可移动触头200、210处于其闭合位置时，到达死点或恰好经过该死点(参见图1，其中接地隔离开关20的可移动触头200与对应的静止触头201接合；并参见图4，其中母线隔离开关21的可移动触头210与对应的静止触头211接合)。 [0054] 图4用图解法示出了机械的终点止挡支座60和61，每个终点止挡支座布置成恰好在已到达死点之后对固定于控制轴220的构件221的杆臂部2210、2211中的相应一个进行机械地阻挡。因而，当可移动触头200、210处于其闭合位置时，如果相关的触发系统2210、2220和2211、2221恰好经过死点，则控制轴220被阻止。杆臂部2210或2211恰好在它进入接合之前被阻止在对应的终点止挡支座60或61上。当可移动触头200、210处于其闭合位置时，它可能受到不期望的作用力(例如由于振动或高电流等产生的)。然后它可能少许反向位移，从而造成相应的杆臂部2210或2211正向旋转。这个杆臂部然后被相应的终点止挡支座阻止。 [0055] 图1至图5所示开关器具的三个开关位置如下： [0056] ·位置1：接地隔离开关20闭合，母线隔离开关断开(图1)； [0057] ·位置2：接地隔离开关20断开，母线隔离开关断开(图3)； [0058] ·位置3：接地隔离开关20断开，母线隔离开关闭合(图4)。 [0059] 在图1至图4分别示出的实施方式中，控制轴220具有大约180°的角度扫掠而从位置1转到位置3。 [0061] 控制轴220可由绝缘材料制成，并可由部件或部段220A和220B组成，部件的长度基本上相当于两个相邻的相2A、2B或2B、2C所隔开的距离。控制轴220由三个部件或部段制成，其中一个部件(未示出)伸出穿过该箱从而联接到上述的致动器。轴的所示部件220A和220B可具有横截面为六边形的端部，该端部位于形成在中间支架中的形状互补的凹槽中。 [0062] 每个杆臂部2210和2211作为转动(或摆动)杆布置，以便将力传递到相应可移动触头200或210的直线运动平面内。这使得横向传递力能够在触发系统中减小，因此能够在从构件221到以直线运动方式移动的每个触头200和210的传动系中减小。 [0063] 在图5所示的实施方式中，控制轴220的旋转轴线X与可移动触头200和210的两个直线运动轴线隔开。两个杆2210和2211中的每个在铰接点(枢转点)225处与组成杆的中间构件2251铰接。这个杆2251在铰接点222处铰接于联接杆2231。联接杆2231固定于相应的可移动触头200、210。 [0064] 每个杆2261为平直形状的，并且它与构件221的臂部2210或2211一起构成一触发系统。因而该平直的联接杆2231起到传递力的目的，而无需自身构成触发系统的一部分。 [0065] 图5示出不同形式的杆2211，其中给予该杆的一般形状为U形，它的分支2211i和2211j的末端布置在旋转轴线X上。 [0066] 在图5至图11所示的实施方式中，控制轴被中断，也就是说它由部段220A和220B的形式制成(参见图11)，而固定于控制轴220的每个杆2210、2211均为U形的，并且铰接于杆2210、2211的杆2250、2251在旋转时可通过由U形的内部所限定的自由空间。控制轴的旋转角度增大，大约为240°。轴的旋转移动和可移动触头的直线移动之间所限定的传动比增大，而施加于控制轴的扭矩减小。 [0067] 在相关的隔离开关20或21处于断开位置时，任一触发系统中的平直杆2210、2250或2211、2251都成一直线，并且它们的枢转点222、225与控制轴220的旋转轴线X对齐。 [0068] 图6和图11示出了固定于控制棒220的杆2210和2211的另一种形式，每个杆构成具有本发明特征的触发系统的一部分。在这种形式中，杆2210和2211以单件制成，即，它们是整体的。 [0069] 在图6和图6A所示的实施方式中，在固定于控制轴220的每个杆2210和2211与联接杆2220或2221之间设置有两个中间构件，该联接杆自身在一铰接点或枢转点(图中不可见)处铰接于相应的可移动触头200、210。这些中间构件之一与图5所示形式的平直杆2250、2251相同，并构成触发系统的第二杆。在这种形式中，另一中间构件由另外的杆2260、2261构成，该另外的杆安装成在箱2A中围绕其自身的旋转轴线Y旋转，以便构成一运动返回杆。因而，每个返回杆2260、2261首先在铰接点226处铰接于触发系统的第二杆 2250、2251，其次在铰接点222处铰接于联接杆2220、2221。 [0070] 因此，图5、图6和图6A所示实施方式中的触发系统实质上彼此相同。相比之下，图6和图6A中的形式具有另外的返回杆2260、2261。另外的返回杆的设置对于控制轴的旋转轴线相对于母线隔离开关20和接地隔离开关21的定位给予更多的设计选择自由度。另外，对A和B之间的距离比率(也就是说返回杆的臂部长度的比率)进行选择，这有可能改变第二杆2251和相应的可移动触头210之间的直线运动比率。进而有可能减小同一触发系统中的两个杆2211和2251的长度。这种旋转轴线定位的较大自由度，以及缩短触发系统中的杆2211和2251的可能性，减小了在箱中容纳本发明的共用致动器装置所需的空间。为了允许控制轴220具有大于180°的角度扫掠，杆2210、2211被制成如图5所示的U形。 [0071] 在图6和图6A所示的实施方式中，控制轴220从开关位置1转到开关位置3所需的角度扫掠在这个实施方式中为大约240°。 [0072] 图7至图11所示的实施方式是如图7中一样的开关器具，具有所有的共用致动器装置以及两个隔离开关20和21的可移动触头200、210和静止触头201、211。在这个实施方式中，固定于控制轴220的杆2210、2211具有有利的形式。在这种有利的变型中，两个触发系统的两个杆2210、2211一起结合成单件(或整体构件)。还提供了控制轴220的设计变型。 [0073] 如图11特别示出的，这里的控制轴由数个不同部件组成，其中的两个部件220A和220B设置在两个相邻的相之间。更具体地，一个轴部件220A将旋转运动从致动器(未示出)传递给包含触发系统的两个杆2210和2211的整体构件221。另一个轴部件220B通过包含两个杆2210和2211的所述构件221而联接到第一轴部件220A，并将运动传递给下一个相邻的相。这里再次示出的是，杆2210和2211为U形的，从而在两个轴部段或部件220A和220B之间限定沿着轴线X的内部自由空间。因而，杆2250和2251在其旋转时自由地位移至这个自由空间中，结果使得控制轴220的角度扫掠增大。 [0074] 分别示出通过这个实施方式中的器具所获得的开关位置，如下： [0075] 图9中，位置2(接地隔离开关20断开，母线隔离开关21断开)； [0076] 图10中，位置1(接地隔离开关20闭合，母线隔离开关21断开)； [0077] 以及 [0078] 图11中，位置3(接地隔离开关20断开，母线隔离开关21闭合)。 [0079] 本发明提供并在上面描述的布置具有很多优点： [0080] ·由于触发作用，当其中一个可移动触头接近或处于其闭合位置时没有反作用力到达控制轴； [0081] ·与目前已知的用于母线隔离开关和接地隔离开关的开关器具相比，本发明的开关器具所需的空间减小； [0082] ·本发明器具中的控制轴所需的旋转扭矩与当前已知的那些相比减小。与文献EP1068659B1中控制轴的旋转扭矩相比，该旋转扭矩至少减小到二分之一(reduced by a factor of at least 2)； [0083] ·在本发明器具中的可移动触头上的横向作用力小；以及 [0084] ·本发明的开关器具以完全安全和非常可靠的方式操作。 |
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