在现今电力工程中的高功率大额定电流场合，无一例外地采用纯机 械接触系统来构造开关，因为纯机械接触开关能达到最低的额定电流损 耗。时下电力断路器典型的固有延迟时间为几十毫秒。这里所说的固有 延迟时间是指从开关指令发出到触点分开或电流切断的时间。这样长的 固有延迟时间意味着这些开关不能用于构造限流开关系统。半导体开 关，比如GTO(门极可关断晶闸管)，它们的固有延迟要小三个数量级， 可是在额定工作条件时有不可容忍的高损耗。由快速机械开关和大功率 半导体器件组成的混合开关系统，在原理上是适用于限流开关的。
本发明参照在EP0275857A1中所描述的接触装置的在先技术。先前 所知的接触装置是限流开关的一部分，它主要用于牵引工程中，在开关 工作时，起到传导额定电流的作用。与接触器装置并联连接的是一个辅 助电路，该辅助电路含有开关晶闸管、二极管、充电电容器和线圈。短 路电流发生时，开关晶闸管被触发导通，充电电容器通过线圈放电。流 经线圈的放电电流产生的磁场，在一个圆盘中感应出相反方向的短路电 流。该圆盘被连接到接触装置的一个桥式接触器中。这种情况下形成的 电动力把该圆盘以及桥式接触器从线圈中排斥开，起到了快速开断接触 装置的作用。当接触装置断开后，换向到辅助电路中的短路电流通过对 充电电容器反向充电而中止。

本发明提供一种高中电压的限流开关的额定载流开关点的接触装 置，它能使限流开关非常可靠地工作。
一种用于高中电压限流开关S的额定载流开关点的接触装置，其中 带有半导体开关的电流支路与额定载流开关点并联连接，该接触装置包 含一个可动的桥式开关部件，两个静止开关部件，一个驱动机构，当接 触装置在闭合状态时，两个静止开关部件由桥式开关部件短路连接，驱 动机构对可动的桥式开关部件施加一个电动力并具有一个线圈，其特征 在于：接触装置被设计成轴向对称，且有两个圆柱体作为静止开关部件， 和一个用作桥式开关部件的接触环，所述的圆柱体一个被共轴地装配在 另一个里面，形成环状空间，所述的接触环在接触装置闭合状态，在圆 柱体的自由末端被导向装入环状空间中。
根据本发明的接触装置被设计成轴向对称。这种结构能大大避免不 希望有的漏电感，并能极快地把短路电流换向到含有半导体开关的并联 支路中去。同时，在额定载流的可移动开关部件中产生了感应电流。该 电流用于形成电动接触的驱动力。其结果是，该接触装置中可以省掉通 常用于传导感应电流的圆盘形单元部件，进而也省掉了需要加速的该部 件的额外重量。用于获得接触装置具体断开速度的驱动能量，也由此达 到了最小量。再者，在断开时将产生有两个接触器间隙，每个间隙由两 段串联的局部电弧之一来桥接。由于局部电弧电路的串联，接触装置两 端的电弧压降增加了，由此带来短路电流换向到并联电流支路的速度和 效果显著改善。
附图说明
本发明优选的实现形式以及能达到的其他优点，将参照下面的附图 给予更详细的说明。其中：
图1是带有限流开关的测试装置的单相基本电路，用于模拟中等电 压等级的电源，该限流开关中包含一个根据本发明的接触装置；
图2是图1中闭合状态的接触装置，和
图3是图1中断开状态的接触装置。

在所有的图中，相同的参考符号表示相同作用的部件。图1中所示的 电路是一个模拟中等电压电源的测试装置的基本电路，其中有一个限流 开关S。该测试装置包含一个发电机G，并经由该限流开关给负载馈电。 发电机G模拟典型值为几十千伏(比如20KV)的电源电压uN。负载由一 个无感电阻RL和一个电感元件LL来模拟。短路确认单元KSE有一个监测部 分，用于短路电流iN的快速确认。短路确认单元被连接在发电机G和开关 S之间，并对开关S起作用。短路电流的典型值为几十千安，比如20KA。 位于发电机和负载之间电流通路上的开关S有一个防(电)弧额定载流 开关点S1和与之串联连接的隔离开关SS。开关S1开断速度很快，典型值在 100～500微秒之内，比如250微秒。
两条换向支路K1和K2与开关点S1并联连接。换向支路K1包含一个可电 驱动的开关元件T和与之串联连接的快速开断隔离开关点ST。开关ST的开 断时间典型值为几百微秒，并且触点之间能相互机械隔离。开关元件T 有利地是一个可关断的半导体开关，比如晶闸管，特别是GTO。为达到 高载流能力，开关元件T可以包含并联连接的多个半导体开关，来代替 单个半导体开关T1。为了获得在交流电流时开关元件T在正极性和负极性 两种情况下的快速响应，开关元件还有一个或多个半导体开关T2与所述 的一个或多个半导体开关T1反并联连接。
换向支路K2有一个限流器RB以及与之串联连接的开关元件TP，换向支 路K2与开关点S1和换向支路K1并联连接。限流器RB以延迟方式来响应换向 电流，并通常被设计成正温度系数(PTC)的热敏电阻器。开关元件TP 包含至少一个(但有利地至少是两个相互反并联连接)半导体开关。这 里的半导体开关不必设计成可关断开关，但必须在流过其本身的交流电 流过零点时能被关断，比如(尤其是)采用晶闸管或双向晶闸管。通过 串联这种形式的半导体开关，可以增加开关元件TP的承受绝缘能力。
短路电流发生时，确认单元KSE在大约100微秒之内启动限流开关的 关断过程。在这种情况下，换向支路K1和K2中的开关元件T和TP立即导通。 额定电流接触装置S1在同一时间被断开。由于在这种情况下形成的相互 串联的两段电弧的存在，继续上升的短路电流在250微秒之内换向到K1 支路中。所述的换向支路一直维持导通直到达到额定电流接触装置S1 的绝缘强度(该绝缘强度稍大于开关元件T的绝缘强度)。该待切断的短 路电流然后被换向到换向支路K2中。此时，由于漏感的存在将产生瞬态 过电压，同时，限流器RB两端的电压降也将上升。限流器RB延迟几百微 秒之后才起限流作用。这一延迟时间确保了额定电流接触装置S1和隔离 接触装置ST实际开断时不带电操作。一旦隔离导通装置ST断开后，开关S 两端的实际全部电压US，加在换向支路K1的该隔离接触装置上时已经下 降了。由于限流器RB以延迟方式响应，流经换向支路K2的短路电流的限 制作用直到S1和ST断开以后才开始。受到限制的短路电流在随后的(比 如5-6毫秒以后)电流过零点附近，能被开关元件TP以很小的过电压关 断。之后，通过断开隔离开关SS形成一个电气隔离间隙。
快速开关点S1接触装置的设计和操作方法可从图2和图3中获得：
接触装置被设计成轴向对称型，并有两个静止开关部分和一个可动 的桥式开关部分。两个静止开关部分设计成共轴圆柱体结构1、2，形成 一个环状空间3。桥式开关部分设计成由导电材料构成的接触环4，接触 环材料最好采用铝或铝合金。在开关闭合状态时，接触环被导入在圆柱 体1和2自由末端的环状空间3中，短路连接两个圆柱体1和2，起到静止 开关部分的作用。一个圆柱状线圈5被轴向装配在环形空间3的一部分 中，与接触环4一道形成电动驱动机构。它靠近容纳接触环4的一部分环 形空间。线圈5借助于高质量绝缘材料被机械地、绝缘地固定在环状空 间3中，并有两个引出端。一个引出端直接连接到电容器6的其中一端， 另一个引出端通过一个开关晶闸管7连接到电容器6的另一端。一个续流 二极管8被并联连接到电容器6和开关晶闸管7串联电路的两端，也即线 圈5的两端。
圆柱体1有一个轴向的指型导向接触部件10，它在自由端部向外弯 曲，在线圈5的远侧，形成了环形空间3的圆锥状展开。圆柱体2有一个 轴向的指型导向接触部件20，它在自由端部向内弯曲，在线圈5的远侧 形成了环形空间3的圆锥状展开。用防腐材料制造的指向环状空间3的 接触区域整体形成在接触部件10和20上。在图2所示的闭合状态，它与 接触环4的接触区域相互配合。同样地，接触环4也由防腐材料构成。短 路电流iN流向开关点S1时，从接触部件10，经由接触环4，径向流向接触 部件20。可见，接触环4用作可动桥式开关部分。
在短路电流发生的情况下，确认单元KSE启动限流开关S的关断过程 时，引发开关晶闸管7被开通。随即电容器6通过线圈5放电。线圈电流 iP的磁场在接触环4中感应出一个大约180°相移的二次侧电流iS。于是， 产生一个方向轴向向上、大小与这两个电流成比例的罗伦兹力，作用于 接触环。该罗伦兹力克服接触部件10、20和接触环4之间接触区域的摩 擦力，同时给接触环4施加一个所需的加速度。因接触环4组合了桥式开 关部件和电动推力二次侧线圈的功能，所以需要加速的质量非常之小。 在前述的开关特性数据的情况下，质量的典型值为0.05kg。这种开关， 对于环形空间3，要在确认单元发出关断命令输出之后的1ms之内，达到 足够高绝缘强度，形成开关点S1的断开接触间隙，是有可能的。甚至 这种开关只带一个小电容器6时，也是有可能的。(关断位置见图3)。
接触环4的运动，可以采用导向方式在轴向专门实现(图中未示出)。 该运动由罗伦兹力启动。在闭合过程，环状空间3的圆锥型展开面辅助 接触环4插入环形空间3中。
依照本发明设计的开关点的更诱人之处是，同轴设计意味着漏电感 达到最小，并由此确保短路电流能明显地快速换向到与本开关并联的换 向支路中。再者，在接触环4和接触部件10和20分离过程中，有两个相 互串联的电弧产生。结果，换向电压增加了，短路电流换向到两个并联 支路K1和K2的速度显著加快了。
参考符合列表
K1、K2          换向支路
KSE               短路确认单元
LL               电感元件
RL               无感电阻
RB               限流器
S                 限流开关
S1           额定电流接触装置
SS           隔离开关
ST           隔离接触装置
T1、T2      半导体开关
T、TP、TS   开关元件
iN           短路电流
uN           电源电压
iP           原边电流
iS           副边(二次侧)电流
uS           开关S上的电压
1、2          圆柱体
3             环形空间
4             接触环
5             线圈
6             电容器
7             开关晶闸管
8             续流二极管
10、20        接触部件