專(zhuān)利名稱(chēng)：電弧抑制增強(qiáng)的高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓電開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)有時(shí)被稱(chēng)為選擇器或分段開(kāi)關(guān)，其被用于高壓操作中，以便使一個(gè)或多個(gè)電源和一個(gè)負(fù)載相連。高壓操作一般包括使用高于1000V的電壓的操作。負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)可用于在不同的電源之間切換，使得能夠例如重構(gòu)配電系統(tǒng)，或者當(dāng)主電源維修時(shí)使得能夠使用臨時(shí)電源。
由所希望的用途看來(lái)(例如在地下的配電設(shè)備中，與/或在配電變壓器或電力變壓器或開(kāi)關(guān)裝置的內(nèi)部的多相工業(yè)設(shè)備中)，負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)必須是緊湊的。負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)的緊湊的尺寸減少在開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)的電接點(diǎn)之間可達(dá)到的物理距離。從要被切換的高電壓的觀點(diǎn)看來(lái)，電接點(diǎn)之間的物理距離的減少又使得開(kāi)關(guān)易于受到持續(xù)電弧的損害。在使接點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，例如當(dāng)使靜接點(diǎn)和動(dòng)接點(diǎn)分開(kāi)時(shí)，由電弧引起的問(wèn)題尤其嚴(yán)重。電弧可以在電力接點(diǎn)和地之間發(fā)生，或者在一個(gè)或多個(gè)電力接點(diǎn)之間發(fā)生。例如，在三相開(kāi)關(guān)中，電弧可能在一相和地之間發(fā)生，與/或在三相的一個(gè)或多個(gè)之間發(fā)生。
為了減少電弧發(fā)生率而不增加開(kāi)關(guān)的尺寸，負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)通常被浸在介電流體的槽中。介電流體對(duì)電弧比空氣具有更強(qiáng)的耐受能力。介電流體能夠減少但不能消除在接點(diǎn)之間的用于抑制電弧所需的距離。因而，在開(kāi)關(guān)接點(diǎn)被充分地分開(kāi)而提供所需的抑制距離之前，一般將發(fā)生伴隨的電弧。盡管是瞬時(shí)的，但是這種伴隨的電弧通過(guò)產(chǎn)生碳化元素的通路和比介電流體更導(dǎo)電的氣泡使介電流體的絕緣性能變劣。重復(fù)的伴隨電弧可以支持導(dǎo)電通路，即一個(gè)最終可以對(duì)危險(xiǎn)的持續(xù)電弧提供導(dǎo)電管道的一個(gè)通路。
持續(xù)電弧可以引起負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)災(zāi)難性地被破壞。更具體地說(shuō)，在由持續(xù)電弧形成的等離子體內(nèi)的溫度可以達(dá)到數(shù)萬(wàn)華氏度。在持續(xù)電弧下，介電流體可以蒸發(fā)，負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)的金屬接點(diǎn)可能熔化與/或汽化，產(chǎn)生由高溫電離氣體構(gòu)成的擴(kuò)散的導(dǎo)電云狀物。當(dāng)導(dǎo)電云狀物擴(kuò)大時(shí)，電弧可以傳播到負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)的其它的接點(diǎn)，這可以在相與相之間和相與地之間產(chǎn)生其它的故障通路。此外，導(dǎo)電的等離子體和氣體當(dāng)其持續(xù)電弧過(guò)熱時(shí)會(huì)在電弧沖擊波中爆炸式地膨脹?？赡軐?dǎo)致設(shè)備密封的破壞。在這種情況下，電弧沖擊波本身可以對(duì)附近的環(huán)境施加一個(gè)災(zāi)難性的力。除去過(guò)熱的氣體之外，電弧沖擊波可以包括熔融的金屬和轉(zhuǎn)換成拋射物的設(shè)備碎片。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)基本方面中，一種高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)被浸在介電流體中進(jìn)行操作，并構(gòu)形成用于利用一相或多相開(kāi)關(guān)切換一相或多相電源和/或一相或多相負(fù)載。為了幫助抑制不同相之間或相和地之間的電弧，一個(gè)絕緣擋板幾乎全部地設(shè)置在不同的相開(kāi)關(guān)之間，或者設(shè)置成用于使相開(kāi)關(guān)與地隔離。每個(gè)相開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)包括第一和第二靜接點(diǎn)。第一靜接點(diǎn)與高壓電源的一個(gè)相連接。每個(gè)相開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)還包括非靜止接點(diǎn)。所述非靜止接點(diǎn)可以位于第一位置，以使得第一靜接點(diǎn)與第二靜接點(diǎn)在電氣上連接，并可以位于第二位置，以使得第一靜接點(diǎn)與第二靜接點(diǎn)斷開(kāi)。該非靜止接點(diǎn)可以不能轉(zhuǎn)換地和第二靜接點(diǎn)相連。第一非靜止接點(diǎn)在第一位置和第二位置之間的運(yùn)動(dòng)區(qū)域包括一個(gè)燃弧區(qū)域。高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)使用流體循環(huán)機(jī)構(gòu)使介電流體經(jīng)過(guò)燃弧區(qū)域循環(huán)。
實(shí)施方案可以包括一個(gè)或多個(gè)下述特征。例如，流體循環(huán)機(jī)構(gòu)可以驅(qū)散由過(guò)去的電弧引起的積累在燃弧區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)電雜質(zhì)(例如碳化元素與/或氣泡)。介電流體以足夠的速度進(jìn)行的循環(huán)可以借助于增加大約10％或更多的電弧必須經(jīng)過(guò)以便穿過(guò)燃弧區(qū)域的介電流體的長(zhǎng)度來(lái)抑制電弧。循環(huán)還可以提供尚未暴露于電弧的介電流體的增強(qiáng)的流動(dòng)，以便快速地改善燃弧區(qū)域內(nèi)的介電強(qiáng)度。
流體循環(huán)機(jī)構(gòu)可以包括一個(gè)或多個(gè)槳片，其構(gòu)形成用于增加流過(guò)燃弧區(qū)域的介電流體。槳片可以由非導(dǎo)電材料制成，例如塑料或玻璃纖維。槳片可以作為非靜止接點(diǎn)的一部分而形成，或者可以在物理上與所述接點(diǎn)分開(kāi)。槳片和非靜止接點(diǎn)可作為與一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸相連的轉(zhuǎn)子的一部分而形成。另外或此外，槳片可被直接安裝在可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸上。在任何情況下，軸的轉(zhuǎn)動(dòng)可以使非靜止接點(diǎn)在第一位置和第二位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)使槳片引起介電流體循環(huán)經(jīng)過(guò)燃弧區(qū)域。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)包括一個(gè)具有加熱元件的對(duì)流，以便增強(qiáng)介電流體經(jīng)過(guò)燃弧區(qū)域的循環(huán)。
其它特征將從說(shuō)明書(shū)、附圖和權(quán)利要求中清楚地看出。


圖1是具有增強(qiáng)的電弧抑制的高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)的示意圖；圖2和圖3是可用于實(shí)現(xiàn)圖1的高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)的正視圖；圖4A-4E是可用于實(shí)現(xiàn)圖1的高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)的另外的示例的開(kāi)關(guān)配置的正視圖；圖5是可用于實(shí)施圖1的高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)的三相開(kāi)關(guān)的透視圖，其中提供增強(qiáng)的相對(duì)相或相對(duì)地的電弧抑制；以及圖6是可用于實(shí)施圖1的高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)和對(duì)流循環(huán)機(jī)構(gòu)的正視圖。
在所有附圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件。
具體實(shí)施例方式
為了說(shuō)明的目的，描述了一種高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)，有時(shí)被稱(chēng)為選擇器或分段開(kāi)關(guān)，其在原理上使用流體循環(huán)來(lái)減少在斷開(kāi)高壓電力(斷路)期間的電弧發(fā)生。為了清楚地說(shuō)明，本發(fā)明首先說(shuō)明高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)和用于抑制電弧的機(jī)構(gòu)。從機(jī)構(gòu)的一般元件及其高級(jí)的關(guān)系到其詳細(xì)的作用、配置和部件的各個(gè)元件進(jìn)行討論。
參見(jiàn)圖1，高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)100在高壓電源110和負(fù)載115之間限定一個(gè)電通路105。電通路105包括開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)120，其被配置用于斷開(kāi)或閉合電通路105。高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)100還包括殼體125，其用于保持高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)100的這些部件浸入介電流體130(例如礦物油)中。當(dāng)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)120被打開(kāi)以便使負(fù)載115和高壓電源110斷開(kāi)時(shí)，介電流體130用于抑制在燃弧區(qū)域140中的電弧。
高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)100的抑制電弧的能力是在開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)120的打開(kāi)的接點(diǎn)之間的阻抗和電壓的函數(shù)?？偟淖杩褂指鶕?jù)每單位長(zhǎng)度的介電流體130具有的阻抗以及在開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)120的接點(diǎn)之間電流必須通過(guò)以便燃弧的介電流體130的長(zhǎng)度來(lái)決定。因此，通過(guò)增加介電流體130的介電強(qiáng)度和延長(zhǎng)電弧必須通過(guò)的介電流體130的通路可以抑制電弧。
由此看來(lái)，高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)100包括流體循環(huán)機(jī)構(gòu)145。流體循環(huán)機(jī)構(gòu)145幫助介電流體130通過(guò)燃弧區(qū)域140循環(huán)。介電流體130經(jīng)燃弧區(qū)域140的循環(huán)通過(guò)除去由電弧引起的雜質(zhì)(例如碳化元素、氣泡等)來(lái)改善介電流體130的介電強(qiáng)度。除非從燃弧區(qū)域中被除去，否則這些導(dǎo)電雜質(zhì)通過(guò)在開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)120的接點(diǎn)之間提供較低阻抗的通路可以幫助維持電弧或?qū)⒁纬傻碾娀?。介電流體130通過(guò)燃弧區(qū)域140的循環(huán)可以增加通過(guò)介電流體130的通路的長(zhǎng)度(例如大約增加10％或更多)。在開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)120的接點(diǎn)之間的電弧必須通過(guò)的通路的延長(zhǎng)改善了開(kāi)關(guān)操作的電弧抑制性能。
圖2和圖3表示一種旋轉(zhuǎn)的開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)200，其具有可以實(shí)施圖1的高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)的槳片。圖2和圖3分別說(shuō)明旋轉(zhuǎn)的開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)200的不同的方面。簡(jiǎn)要地說(shuō)，對(duì)于圖3的描述省略了與圖2共同的部分。
參見(jiàn)圖2，旋轉(zhuǎn)的開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)200包括開(kāi)關(guān)塊205，其在所需的空間內(nèi)支撐著旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)200的元件。開(kāi)關(guān)塊205基本上可以是任何形狀的，例如矩形、方形或五邊形的。在所示的實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)塊205是三角形的。開(kāi)關(guān)塊205的兩個(gè)拐角部分別包括靜接點(diǎn)210和212(在其它實(shí)施方案中，第三個(gè)拐角也包括靜接點(diǎn))。第一個(gè)靜接點(diǎn)210和高壓電源215相連，而第二個(gè)靜接點(diǎn)212和負(fù)載220相連。旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)200可被浸漬變壓器或開(kāi)關(guān)裝置的殼體(箱體)內(nèi)的介電流體130中。介電流體可以包括例如多種基本成分，例如礦物油或植物油，合成流體例如多元醇酯，SF6氣體，硅酮流體，以及它們的混合物。
旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)200包括旋轉(zhuǎn)的中心軸225。轉(zhuǎn)子230和旋轉(zhuǎn)的中心軸225相連，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)的中心軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。中心輪轂2 32可以與轉(zhuǎn)子230相連，該轉(zhuǎn)子230不可轉(zhuǎn)換地與靜接點(diǎn)210或212相連。轉(zhuǎn)子230包括保持臂235a-235c，其彼此成90度角被設(shè)置成T形結(jié)構(gòu)，并且從轉(zhuǎn)子230的徑向軸線輻射。每個(gè)保持臂235a-235c構(gòu)形成用于保持接觸葉片240。在圖2的實(shí)施方案中，保持臂235b設(shè)置有接觸葉片240，而保持臂235a，235c沒(méi)有設(shè)置接觸葉片。這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)提供了一種單葉片的開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)。也可以使用其它的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，例如下面參照?qǐng)D4A-4E說(shuō)明的。
轉(zhuǎn)子230可轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使靜接點(diǎn)210和接觸葉片240實(shí)現(xiàn)接觸，或者使接觸葉片240離開(kāi)靜接點(diǎn)210而斷開(kāi)電接觸。轉(zhuǎn)子230還可以包括一個(gè)或多個(gè)槳片245，它們和保持臂235a-235c處于轉(zhuǎn)子230的同一個(gè)徑向軸線上。槳片245可以相對(duì)于保持臂235a-235c例如成45度角。每個(gè)槳片245被配置成對(duì)于轉(zhuǎn)子230經(jīng)介電流體130的旋轉(zhuǎn)方向提供一個(gè)重要的表面。此外，或者另外，保持臂235a-235c可以配置有槳片狀的部件(例如脊部247)。
轉(zhuǎn)子230例如可以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，以便在靜接點(diǎn)210斷開(kāi)與高壓電源215的接觸。當(dāng)轉(zhuǎn)子230旋轉(zhuǎn)時(shí)，槳片245引起介電流體130從轉(zhuǎn)子230向外循環(huán)，以便通過(guò)燃弧區(qū)域250。介電流體130的向外循環(huán)清除燃弧區(qū)域250內(nèi)的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)降低了介電流體130在燃弧區(qū)域250抑制電弧的能力。例如，介電流體130的向外循環(huán)可以經(jīng)燃弧區(qū)域250驅(qū)散由電弧產(chǎn)生的氣泡與/或碳化元素，否則這些將增加燃弧區(qū)域250的導(dǎo)電率。
介電流體130經(jīng)燃弧區(qū)域250的向外循環(huán)還可以有效地增加最短的可利用的電弧通路255的長(zhǎng)度，因而增加了對(duì)電弧呈現(xiàn)的阻擋。例如，介電流體130的循環(huán)不存在時(shí)，線255可以表示為在靜接點(diǎn)210和動(dòng)接點(diǎn)240之間的最短可利用的電弧通路。然而，由槳片245的旋轉(zhuǎn)引起的介電流體130的向外運(yùn)動(dòng)可以有效地增加最短可利用的電弧通路255的長(zhǎng)度，例如增加到由電弧260示意地表示的被有效地增大的電弧通路。為了在視覺(jué)上加強(qiáng)在實(shí)際通路長(zhǎng)度上的不同，符合弧260的電弧通路在位置上看來(lái)比電弧通路255長(zhǎng)。不過(guò)，電弧260實(shí)際經(jīng)過(guò)的位置長(zhǎng)度一般可以與電弧通路255的相同，而在實(shí)際上是較長(zhǎng)的，如下面詳細(xì)說(shuō)明的。
也就是說(shuō)，即使電弧260經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)的介電流體的地理路徑相對(duì)于基本上不移動(dòng)的介電流體是大致相同的，在兩種情況下通過(guò)的介電流體的長(zhǎng)度(有效距離)可能不同。具體地說(shuō)，有效距離可以根據(jù)電弧260通過(guò)介電流體130的傳播速度和介電流體130的速度的矢量和來(lái)確定。
這種效果與當(dāng)一個(gè)小舟跨過(guò)一個(gè)快速流動(dòng)的河流從一岸到直接和另一岸相對(duì)的一點(diǎn)時(shí)所呈現(xiàn)的效果類(lèi)似。即使小船走過(guò)最短的直線距離到達(dá)彼岸，小船也必須施加一個(gè)逆流的力來(lái)克服順流的水流?？傃灾?，小船被強(qiáng)迫走過(guò)比只在靜止的水中走過(guò)相同的直線地理距離較大的有效距離。
參見(jiàn)圖3，為了說(shuō)明的目的，所示的轉(zhuǎn)子230比圖2所示的旋轉(zhuǎn)角度大了一些。轉(zhuǎn)子230的較大的旋轉(zhuǎn)使得槳片245在靜接點(diǎn)210和保持臂235b的底座以及轉(zhuǎn)動(dòng)接點(diǎn)240之間引入一個(gè)最短的電弧路徑(為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，忽略保持臂235a對(duì)路徑305的影響，盡管這種影響與槳片245的影響類(lèi)似)。因?yàn)闃?45由不導(dǎo)電的材料制成(例如聚合物，玻璃纖維與/或纖維質(zhì)材料)，此刻對(duì)電弧呈現(xiàn)的最短的路徑在槳片245周?chē)由?，如延長(zhǎng)的電弧路徑310所示。借助于增加電弧必須跨過(guò)的在靜接點(diǎn)210和轉(zhuǎn)動(dòng)接點(diǎn)240之間的物理距離，也增加了對(duì)電弧的阻擋。
此外，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)接點(diǎn)240轉(zhuǎn)動(dòng)而離開(kāi)靜接點(diǎn)210時(shí)，槳片245可以阻止已經(jīng)建立的電弧通過(guò)沿著轉(zhuǎn)動(dòng)接點(diǎn)240“向下移動(dòng)”的繼續(xù)維持，從而縮短否則將增加的電弧路徑。具體地說(shuō)，當(dāng)開(kāi)關(guān)被啟動(dòng)而斷開(kāi)接觸時(shí)，在靜接點(diǎn)210的開(kāi)始點(diǎn)和接觸葉片240的外端315的端點(diǎn)之間具有一個(gè)最短的電弧路徑。不過(guò)，當(dāng)接觸葉片240轉(zhuǎn)動(dòng)而離開(kāi)時(shí)，起始的最短的電弧路徑幾乎立即成為最長(zhǎng)的。隨著轉(zhuǎn)動(dòng)的進(jìn)行，根據(jù)從接觸葉片240的外端315朝向接觸葉片240的底部的逐漸下降的端點(diǎn)，限定一個(gè)新的最短電弧路徑(例如電弧路徑305)。借助于沿接觸葉片240“向下移動(dòng)”，已經(jīng)建立的電弧試圖跟隨這個(gè)改變著的最短路徑。如圖3所示，當(dāng)接觸葉片240轉(zhuǎn)動(dòng)而離開(kāi)時(shí)(例如比較路徑305、310)，借助于進(jìn)一步增加所述最短電弧路徑，不導(dǎo)電的槳片245用于抑制“向下移動(dòng)”。其它的防止電弧“向下移動(dòng)”的功能可以通過(guò)利用不導(dǎo)電的材料包覆接觸葉片240的下部來(lái)提供，與/或通過(guò)由不導(dǎo)電的材料制造與/或包覆轉(zhuǎn)子230的保持臂235來(lái)提供。
圖4A-4E說(shuō)明轉(zhuǎn)子230可以被配置用于實(shí)施一種旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)的其它的方法。
參見(jiàn)圖4A，其中示出了直的葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)410。為了構(gòu)形成直的葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)410，保持臂235a和235c配備有接觸葉片240，而保持臂235b未配備接觸葉片。直的葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)例如用于開(kāi)關(guān)高壓電源A和負(fù)載B。
圖4B表示V形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)430。V形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)430的保持臂235a，235b配備有接觸葉片240，從而提供彼此成90度角的相同長(zhǎng)度的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)接觸點(diǎn)。還提供3個(gè)靜接點(diǎn)210。兩個(gè)靜接點(diǎn)分別和第一高壓電源A以及第二高壓電源B相連。第三靜接點(diǎn)和負(fù)載C相連(例如變壓器鐵心線圈裝置)，并且也與開(kāi)關(guān)輪轂230相連。V形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)430可以由電源A和/或電源B向負(fù)載C供電，并可以提供一個(gè)完全斷開(kāi)的位置，其中負(fù)載C既不和電源A相連也不和電源B相連。具體地說(shuō)，V形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)430可以選擇成為開(kāi)路；在電源A和負(fù)載C之間的電路；在電源B和負(fù)載C之間的電路；或在電源A和B與負(fù)載C之間的電路。V形葉片開(kāi)關(guān)的其它的結(jié)構(gòu)也是可能的。例如，在另一個(gè)實(shí)施例中，V形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)可被構(gòu)形成用于在一個(gè)電源之間切換兩個(gè)負(fù)載。
參見(jiàn)圖4C，T形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)450的每個(gè)保持臂235a-235c配備有接觸葉片240。因而，T形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)450提供相同長(zhǎng)度的3個(gè)旋轉(zhuǎn)接點(diǎn)，彼此成90度角。還提供有3個(gè)靜接點(diǎn)210。每個(gè)靜接點(diǎn)210分別與電源(例如電源A或電源B)或負(fù)載(例如負(fù)載C)相連。T形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)450可以連接負(fù)載C和電源A與/或電源B。另外，T形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)450可以把電源A和B連接在一起，同時(shí)使負(fù)載C不和任何電源相連?？傃灾琓形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)450可以形成電源A和B之間的電路；電源A和負(fù)載C之間的電路；電源B和負(fù)載C之間的電路；或電源A和B和負(fù)載C之間的電路。T形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)的其它結(jié)構(gòu)也是可能的。例如，在一個(gè)替換的實(shí)施例中，T形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)被構(gòu)形成用于使兩個(gè)負(fù)載一個(gè)電源之間切換。
圖4D-4E描述了MBB(make-before-break，先通后斷式)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)470和490的V形葉片和T形葉片結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)電接點(diǎn)的尺寸被這樣確定，即，使得當(dāng)負(fù)載在第一和第二電源之間切換時(shí)，第一電源和負(fù)載的連接直到第二電源和負(fù)載相連時(shí)才被斷開(kāi)。總言之，MBB開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)確保直到第二連接實(shí)現(xiàn)之后第一連接才被斷開(kāi)。電源可以同步，以便使得在切換時(shí)在第一連接和第二連接同時(shí)被保持的時(shí)間期間內(nèi)不引起電源故障。此外，關(guān)于V形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)或T形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)470，490，可以使用其它的開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)。例如，開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)470和490可被構(gòu)形成用于使兩個(gè)負(fù)載在一個(gè)電源之間切換。
參見(jiàn)圖4D，MBB(先通后斷式)V形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)470包括弧形的旋轉(zhuǎn)接點(diǎn)475，其位于保持臂235a和235b上。MBB V形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)470例如可被用于高壓應(yīng)用中，其中需要使負(fù)載C從一個(gè)初始電源(例如電源A)切換到另一個(gè)電源(例如電源B)而不中斷。為了進(jìn)行所述的切換，負(fù)載C可被連接到也和輪轂相連的靜接點(diǎn)。
參見(jiàn)圖4E，MBB T形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)490包括弧形接點(diǎn)495，其基本上與MBB V形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)接點(diǎn)475類(lèi)似，不過(guò)具有一個(gè)較大的弧。MBB T形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)的切換能力和標(biāo)準(zhǔn)的T形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)(例如T形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)450)類(lèi)似，不過(guò)具有附加的MBB功能。旋轉(zhuǎn)接點(diǎn)495成半圓環(huán)形，其尺寸被這樣確定，即，使得在斷開(kāi)先前的連接之前可以電連接3個(gè)靜接點(diǎn)210。例如，MBB T形葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)490可被啟動(dòng)用于完成在電源A和B與負(fù)載C之間的連接。另外，MBB T葉片開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)490可以完成在電源A、電源B和負(fù)載C任何兩個(gè)之間的電路。
圖5表示一種三相功率開(kāi)關(guān)500，其包括具有槳片245的3個(gè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)510a-510c(以舉例方式給出，上述的任何開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)都可用作旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)510)。每個(gè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)510a-510c還包括轉(zhuǎn)子230，其具有保持臂235和至少一個(gè)接觸葉片240。每個(gè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)510a-510c構(gòu)形成用于切換一個(gè)或多個(gè)電源和/或一個(gè)或多個(gè)負(fù)載中的單個(gè)相(例如第一相)。
例如，第一高壓電源512可以使其第一相和靜接點(diǎn)515a相連，第二相和靜接點(diǎn)515b相連，第三相和靜接點(diǎn)515c相連。第二高壓電源517可以使其第一、第二和第三相分別和靜接點(diǎn)520a-520c相連。因而，第一開(kāi)關(guān)元件510a可以交替地在第一和第二電源的第一相之間選擇(例如在靜接點(diǎn)515a和520a之間)，第二開(kāi)關(guān)元件510b可以交替地在第一和第二電源的第二相之間選擇(例如在靜接點(diǎn)515b和520b之間)，第三開(kāi)關(guān)元件510c可以交替地在第一和第二電源的第三相之間選擇(例如在靜接點(diǎn)515c和520c之間)。
三相功率開(kāi)關(guān)500可被構(gòu)形成用于同時(shí)切換每個(gè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)510a-510c。更具體地說(shuō)，手柄512可被轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使與軸535相連的彈簧530儲(chǔ)能。軸535可以與每個(gè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)510a-510c相連。例如，軸535可以穿過(guò)每個(gè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)510a-510c的旋轉(zhuǎn)軸線延伸。當(dāng)彈簧530被釋放時(shí)，可以引起軸535同時(shí)地以獨(dú)立于操作者的速度轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)510a-510c?；蛘?，每個(gè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)510a-510c可以包括一個(gè)單獨(dú)的致動(dòng)器，以用于根據(jù)軸535的轉(zhuǎn)動(dòng)啟動(dòng)每個(gè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)510a-510c。在任何情況下，三相功率開(kāi)關(guān)500可用于同時(shí)從第一電源512的3個(gè)相(例如靜接點(diǎn)515a-515c)切換到第二電源517的3個(gè)相(例如靜接點(diǎn)520a-520c)。另外，三相功率開(kāi)關(guān)500可被構(gòu)形成用于使兩個(gè)負(fù)載在單個(gè)三相電源之間切換。
三相功率開(kāi)關(guān)500還包括擋板540a和540b，其幾乎全部被插入在不同的相之間。更具體地說(shuō)，第一擋板540a使得旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)510a(相1)和旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)510b(相2)分開(kāi)，第二擋板540b使得旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)510b(相2)和旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)510c(相3)分開(kāi)。擋板540a和540b由非導(dǎo)電材料制成，例如波狀紙板和紙板材料、玻璃纖維或塑料。擋板540a，540b可單獨(dú)地設(shè)置?；蛘撸瑩醢?40a，540b可以與開(kāi)關(guān)塊545、軸535和/或轉(zhuǎn)子230構(gòu)成一個(gè)整體。在每種情況下，擋板540a，540b形成一個(gè)電阻擋層，以便用于抑制各個(gè)相之間或者相與地之間的電弧，否則這些電弧將引起三相功率開(kāi)關(guān)500的破壞。通過(guò)阻止初始的相-相或相-地之間發(fā)生電弧，擋板540a，540b可以增加三相功率開(kāi)關(guān)500的安全性和可靠性。
圖6表示可用于實(shí)施圖1的高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)的另一種旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)600。其包括一個(gè)接觸轉(zhuǎn)子(例如直的葉片轉(zhuǎn)子605)。直的葉片轉(zhuǎn)子605被構(gòu)形成用于以上述類(lèi)似的方式與第一靜接點(diǎn)A和第二靜接點(diǎn)B連接或斷開(kāi)。殼體610保持被浸漬在介電流體130中的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)600的元件。旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)600使用一種對(duì)流機(jī)構(gòu)使介電流體130循環(huán)。更具體地說(shuō)，旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)600包括加熱元件615，其被構(gòu)形成用于借助于加熱殼體610底部的介電流體130而引起介電流體130的對(duì)流620。被加熱的介電流體130從殼體610的底部上升，并引起殼體610的上部的冷的介電流體130下沉(即，引起對(duì)流620)。用這種方式，對(duì)流620引起介電流體130循環(huán)，因而驅(qū)散了在燃弧區(qū)域625中積累的雜質(zhì)。旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)600可以只利用對(duì)流循環(huán)或者與用于抑制電弧的其它方法和系統(tǒng)相結(jié)合，例如槳片與/或擋板。
其它的實(shí)施方案都限定在下面的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種浸在介電流體中用于切換高壓電源的負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)，所述負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)包括第一靜接點(diǎn)，其構(gòu)造成用于連接到高壓電源上；第二靜接點(diǎn)；非靜止接點(diǎn)，其構(gòu)造成便于處于第一位置和第二位置之間，在所述第一位置使所述第一靜接點(diǎn)與所述第二靜接點(diǎn)電氣相連，在所述第二位置，使所述第一靜接點(diǎn)與所述第二靜接點(diǎn)電氣斷開(kāi)，其中所述非靜止接點(diǎn)在所述第一位置和所述第二位置之間的運(yùn)動(dòng)的區(qū)域包括一個(gè)燃弧區(qū)域；以及流體循環(huán)機(jī)構(gòu)，其構(gòu)造成用于使該介電流體經(jīng)燃弧區(qū)域循環(huán)。
2.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，還包括非轉(zhuǎn)換的連接，其配置用于使該非靜止接點(diǎn)和第二靜接點(diǎn)電氣連接在一起。
3.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述流體循環(huán)機(jī)構(gòu)包括槳片，其構(gòu)造成用于使介電流體經(jīng)燃弧區(qū)域循環(huán)。
4.如權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述槳片包括第一非靜止接點(diǎn)的元件。
5.如權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，還包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸，其與第一非靜止接點(diǎn)和槳片相連，并構(gòu)造成用于使第一非靜止接點(diǎn)在第一位置和第二位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)使所述槳片引起介電流體經(jīng)過(guò)燃弧區(qū)域循環(huán)。
6.如權(quán)利要求5所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，第一非靜止接點(diǎn)和槳片形成第一轉(zhuǎn)子。
7.如權(quán)利要求6所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，第一非靜止接點(diǎn)和槳片形成所述第一轉(zhuǎn)子的分開(kāi)的元件。
8.如權(quán)利要求5所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述槳片與可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸直接相連。
9.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述流體循環(huán)機(jī)構(gòu)構(gòu)造成用于使介電流體在一速度下循環(huán)，所述速度足以使得電弧必須經(jīng)過(guò)以便穿過(guò)過(guò)燃弧區(qū)域的介電流體的路徑的長(zhǎng)度增加大約10％或更多。
10.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述流體循環(huán)機(jī)構(gòu)構(gòu)造成用于使介電流體在一速度下循環(huán)，所述速度使得足以在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)從該燃弧區(qū)域內(nèi)驅(qū)散介電流體中的雜質(zhì)。
11.如權(quán)利要求10所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述介電流體的雜質(zhì)包括由電弧形成的氣泡。
12.如權(quán)利要求10所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述介電流體的雜質(zhì)包括由燃弧形成的碳化元素。
13.如權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述槳片包括非導(dǎo)電材料。
14.如權(quán)利要求13所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述槳片構(gòu)造成用于當(dāng)?shù)谝环庆o止接點(diǎn)從第一位置向第二位置轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)抑制電弧沿著第一非靜止接點(diǎn)向下移動(dòng)。
15.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述流體循環(huán)機(jī)構(gòu)包括加熱元件，其構(gòu)造成用于借助于在介電流體中誘導(dǎo)形成對(duì)流而使介電流體經(jīng)燃弧區(qū)域循環(huán)。
16.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述高壓電源包括多相電源；以及所述開(kāi)關(guān)包括與每個(gè)相相關(guān)的第一靜接點(diǎn)、第二靜接點(diǎn)和非靜止接點(diǎn)。
17.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述介電流體包括礦物油。
18.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述介電流體包括植物油。
19.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述介電流體包括多元醇酯。
20.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述介電流體包括SF6氣體。
21.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述介電流體包括硅酮流體。
22.一種用于切換高壓多相電源的多相負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)包括第一相開(kāi)關(guān)，其構(gòu)造成用于用于切換該高壓多相電源的第一相；第二相開(kāi)關(guān)，其構(gòu)造成用于用于切換該高壓多相電源的第二相；以及第一擋板，其構(gòu)造成用于使該第一相開(kāi)關(guān)的幾乎全部的燃弧區(qū)域與該第二相開(kāi)關(guān)的幾乎全部的燃弧區(qū)域隔離，以便抑制在該第一相開(kāi)關(guān)與該第二相開(kāi)關(guān)之間的燃弧，其中所述第一擋板包括非導(dǎo)電材料。
23.如權(quán)利要求22所述的多相負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)還包括第三相開(kāi)關(guān)，其構(gòu)造成用于切換該高壓多相電源的第三相；第二擋板，其構(gòu)造成用于使第二相開(kāi)關(guān)的幾乎全部的第二燃弧區(qū)域與第三相開(kāi)關(guān)的幾乎全部的燃弧區(qū)域隔離，以便抑制在第二相開(kāi)關(guān)與第三相開(kāi)關(guān)之間的燃弧，其中所述第二擋板包括介電材料。
24.如權(quán)利要求22所述的多相負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述多相負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)構(gòu)造成用于在介電流體中操作，并且還包括用于使所述介電流體循環(huán)的流體循環(huán)機(jī)構(gòu)。
25.如權(quán)利要求24所述的多相負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述流體循環(huán)機(jī)構(gòu)包括槳片。
26.一種浸在介電流體中用于切換高壓三相電源的三相負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)包括第一旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，其構(gòu)造成用于切換該高壓三相電源的第一相；第二旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，其構(gòu)造成用于切換該高壓三相電源的第二相；第三旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，其構(gòu)造成用于切換該高壓三相電源的第三相；第一擋板，其構(gòu)造成用于幾乎全部地插在該第一旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)與該第二旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)之間，以便抑制在該高壓三相電源的該第一相與該第二相之間的燃?。坏诙醢?，其構(gòu)造成用于大致全部地插在該第二旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)與該第三旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)之間，以便抑制在該高壓三相電源的該第二相與該第三相之間的燃??；其中所述第一、第二和第三旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的每一個(gè)包括構(gòu)造成用于使所述介電流體循環(huán)的槳片。
全文摘要
一種在被浸漬介電流體中的并構(gòu)造成用于利用一個(gè)或多個(gè)相開(kāi)關(guān)切換電源的一個(gè)或多個(gè)相的高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)。每個(gè)相開(kāi)關(guān)包括第一和第二靜接點(diǎn)。第一靜接點(diǎn)可以與高壓電源的一個(gè)相連接。每個(gè)相開(kāi)關(guān)還包括非靜止接點(diǎn)。該非靜止接點(diǎn)可以處于第一位置和第二位置，在第一位置，其使第一靜接點(diǎn)與第二靜接點(diǎn)電氣相連，在第二位置，其使第一靜接點(diǎn)與第二靜接點(diǎn)斷開(kāi)。第一非靜止接點(diǎn)在第一位置和第二位置之間的運(yùn)動(dòng)的區(qū)域包括一個(gè)燃弧區(qū)域。高壓負(fù)載斷路開(kāi)關(guān)使用流體循環(huán)機(jī)構(gòu)改善介電流體經(jīng)過(guò)燃弧區(qū)域的循環(huán)。當(dāng)使用一個(gè)以上的相開(kāi)關(guān)時(shí)，為了抑制在不同相之間的電弧，非導(dǎo)電的擋板可以把不同的相隔開(kāi)。非導(dǎo)電的擋板還可以隔離相－地，從而阻止相－地的電弧。
文檔編號(hào)H01H33/88GK1698150SQ200480000025
公開(kāi)日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2004年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月27日
發(fā)明者P·H·普里德, J·P·格羅瓦, P·S·科茲克, A·L·約翰遜 申請(qǐng)人:麥克勞-愛(ài)迪生公司