帶有多個金屬封裝件的高壓開關的製作方法

2023-10-26 13:45:17 2

帶有多個金屬封裝件的高壓開關的製作方法
【專利摘要】一種開關，包括在第一金屬封裝件(2a)中的第一開關組件(1a)和在第二金屬封裝件(2b)中的第二開關組件(1b)。這兩個金屬封裝件(2a,2b)彼此以及與與地電氣絕緣。這允許串聯配置多個金屬封裝的開關組件，同時避免在它們中的任一個中的過電場。
【專利說明】帶有多個金屬封裝件的高壓開關

【技術領域】
[0001]本發明涉及高壓開關,其具有在金屬封裝件(enclosure)中的開關組件。本發明還涉及用於操作這種開關的方法。

【背景技術】
[0002]用於高壓應用的斷路器典型地可包括開關組件，其具有配置在金屬封裝件中的一個或多個電氣開關。金屬封裝件是接地的，而開關組件位於高壓電勢。
[0003]為了提供用於甚至更高電壓的斷路器，必須增加金屬封裝件的大小，以便將場強保持在可接受的限度內。這是昂貴的且對於不同的額定電壓要求不同的斷路器構件。
[0004]DE 10 2006 050 732描述了一種使用串聯配置的電氣開關的斷路器，其中每個開關位於絕緣封裝件中。包括分級電容器的阻抗裝置提供用於將電壓分布在開關上。


【發明內容】

[0005]因此，本發明的總體目的是提供一種開關設計方案，其允許切換甚至非常高的電壓，同時保持成本較低。
[0006]該目的通過獨立權利要求中的開關和方法來實現。在從屬權利要求或者權利要求組合中給出各種實施例。
[0007]因此，開關包括至少兩個金屬封裝件，其中開關組件配置在每個金屬封裝件中，其中，所述開關組件串聯配置，並且其中，所述至少兩個金屬封裝件彼此電氣絕緣。彼此電氣絕緣且尤其與地絕緣的兩個金屬封裝件允許串聯配置多個金屬封裝的開關組件，同時避免在其中的任一個中的過電場。
[0008]例如，高壓開關可包括開關組件，其帶有高壓斷路和/或高壓切斷功能和/或高壓整流功能。高壓開關可尤其為高壓切斷器、高壓斷路器、高壓整流裝置或類似的裝置。
[0009]在該設計方案中，開關組件串聯配置，從而可切換高壓。每個開關組件配置在金屬封裝件中，其中金屬封裝件彼此電氣絕緣。這允許將金屬封裝件保持成不同的電勢，且因此減小在它們內部的電場。因此，可使用更小的金屬封裝件。
[0010]在相同的金屬封裝件和開關組件可再用於不同的額定電壓的意義中，該設計是可擴展的。對於相對小的額定電壓，可使用單個封裝件和開關組件。對於更大的額定電壓，兩個、三個或甚至更多開關組件可串聯配置，其中每個安裝在其金屬封裝件中且金屬封裝件相互絕緣。
[0011]在一個實施例中，開關包括封裝第一開關組件的第一金屬封裝件以及封裝第二開關組件的第二金屬封裝件。此外，開關包括第一端子(terminal)和第二端子。開關組件串聯配置在端子之間，從而其可中斷在端子間的電流。有利地，第一端子電氣連接到第一金屬封裝件，且第二端子電氣連接到第二封裝件。因此，在封裝件和他們的開關組件之間的電壓相對很小，即使切斷開關。
[0012]在更多的其他實施例中，對於每個開關組件，開關包括至少一個阻抗裝置，其與開關組件並聯配置或配置在金屬封裝件與在開關組件之間的節點之間。阻抗裝置可具有匹配的阻抗，以便將所施加的電壓均勻分布在開關組件上和/或對從導體到地的雜散電容進行補償。
[0013]本發明還涉及用於操作上述開關的方法。該方法包括如下步驟:以如下方式將開關組件中的第一個連接到第一高壓電勢，且將開關組件中的第二個連接到第二高電壓電勢，使得開關組件串聯配置在所述第一電勢和所述第二電勢之間，以便中斷在它們之間的電流。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]當考慮本發明的以下給出的詳細說明時，將更好地理解本發明，且除了上文中所陳述的那些目的以外的其他目的將變得顯而易見。這些說明參考附圖，其中:
圖1示出了開關的視圖；
圖2示出了開關的截面視圖；
圖3示出了帶有若干開關和/或開關間隙的開關組件，
圖4示出帶有多於兩個開關組件的開關設計方案，其中金屬封裝件保持在中間電勢，
以及
圖5示出了開關的又一實施例的截面視圖。

【具體實施方式】
[0015]定義
術語「高壓」指示典型地超過72 kV的電壓。
[0016]術語「帶有升高的壓力的氣體」指示具有超過大氣壓力的壓力的絕緣氣體，尤其是超過2巴。
實施例
[0017]圖1和2示出了具有第一開關組件Ia和第二開關組件Ib的開關。第一開關組件Ia配置在第一金屬封裝件2a中，且第二開關組件Ib配置在第二金屬封裝件2b中。
[0018]每個開關組件包括一個或多個電氣開關單元4。適當的開關單元例如可基於在US7 235 751 B2中所示出的概念。
[0019]例如，每個金屬封裝件填充有絕緣介質，尤其是用於增大擊穿電壓的具有升高的壓力的氣體，諸如sf6。
[0020]兩個開關組件la、lb串聯配置且藉助於導電桿5互連。兩個封裝件2a、2b藉助於封裝導體5的電氣絕緣的柱體6機械互連。
[0021]柱體6例如還可填充有具有升高的壓力的絕緣氣體，諸如SF6，用於增大擊穿電壓。此外，其可或可不包含隔離件，以便將氣體或絕緣介質的總體積分成一個或若干個氣體區。
[0022]開關可整體上以所謂的外殼帶電(live tank)構型配置在大氣中。
[0023]開關包括兩個端子8a、8b，用於將其連接到待中斷的線9。如上所述，第一開關組件和第二開關組件la、lb串聯配置在第一端子8a和第二端子Sb之間。此外，在當前實施例中，第一端子8a電氣連接到第一金屬封裝件2a，且第二端子Sb電氣連接到第二金屬封裝件2b。
[0024]圖1和2的開關還包括由標號10a - 10j指示的框架。其具有第一區段10a、10b、10c、第二區段10d、10e、10f以及第三區段10g - 10j。第一區段10a - 10c機械地連接到第一金屬封裝件2a，第二區段10d - 10f機械地連接到第二金屬封裝件2b，且第三區段10g - 10 j使第一區段和第二區段彼此機械地連接。至少第三區段10g-10j電氣絕緣。例如，其包括分別在第一區段10a - 10c和第二區段10d - 10f之間延伸的多個杆10g、10h、10i和10j。
[0025]此外，且如在圖2中最佳地可見的那樣，開關包括用於將開關懸掛在例如腳手架14中的電氣絕緣的懸掛件12。在圖1和2的實施例中，懸掛件12包括若干懸掛部件12a - 12d，其至少一個連接到第一框架區段10a - 10c,且其至少另一個連接到第二框架區段10d- 10f。然而，必須說明，全部開關還可支承在地上，例如，通過支承絕緣體，而不是懸掛在腳手架14上。
[0026]每個開關組件包括用於促動其開關的促動器。第一促動器15a屬於第一開關組件la。其處於第一封裝件2a的電勢，且其包括一個或若干促動線圈15a』』以及蓄能器15a』。蓄能器15a』安裝到第一框架區段10a - 10c且供應安裝在第一封裝件2a中的(一個或多個)促動線圈15a』 』，用於操作第一開關組件la。第二促動器15b屬於第二開關組件lb。其處於第二封裝件2b的電勢且其包括至少一個促動線圈15a』 』和蓄能器15b』。蓄能器15b』安裝到第二框架區段10d - 10f且供應安裝在第二封裝件2b中的至少一個促動線圈15b』』，用於操作第二開關組件lb。如上文所述，每個促動器15a、15b處於其開關組件la、lb的金屬封裝件2a、2b的電勢；即，優選地在每個促動器15a、15b和其相應的封裝件2a、2b之間的電壓差小於5 kV。如果封裝件可如下文中在圖3中指示的那樣包含多個觸頭部件la、lb、4，則促動器需要與其電氣絕緣。
[0027]促動器15a、15b彼此電氣絕緣。
[0028]在操作中，促動器15a、15b處於高壓電勢。因此，每個促動器15a、15b分別包括其自己的帶有電絕緣的饋電線16a、16b的電源。「電絕緣的饋電線」是用於將電功率從地電勢饋送到升高的高壓電勢的饋送部。這些饋送部對本領域技術人員已知，且例如可由多個串聯的耦合電容器構成，其在地和高壓電勢之間產生電容性電路，高壓電勢可通過處於接地電勢的高頻率源供給(例如參見US 2006152199 A1)。其他的這種饋電線例如可基於感應的、液壓的、氣動的或機械的原理。
[0029]在操作中，開關利用其端子8a、8b連接到待中斷的線9。
[0030]當開關的兩個開關組件處於其導電狀態中時，開關組件la、lb以及導電桿5處在相同的高壓電勢上。金屬封裝件2a、2b也將處在高壓電勢上。
[0031]系統電壓到地的主要電壓降發生在懸掛件12以及饋電線16a、16b上，其為該目的而構建且容易地適應相應的額定電壓。
[0032]當開關組件la、lb切斷時，即當它們處於其非導電的狀態中時，典型地將存在在端子8a、8b上的高的電壓降。在該情形中，在導電桿5上(即，在開關組件la、lb之間的電氣節點17處)的電勢將主要取決於在每個開關組件上的阻抗，即，取決於分別在節點17與兩個端子8a、8b之間的阻抗，但還取決於在封裝件2a與2b之間的阻抗，如例如通過柱體6的長度所限定。
[0033]此外，影響電壓分布的阻抗是端子8a、8b到地以及節點17到地的阻抗。
[0034]在圖2中的三個閉合的虛線20圍住斷路器的三個主要部件，其彼此電氣連接且因此處在相同的電勢上。
[0035]理想地，如果開關的設計是對稱的，則在兩個開關組件la、Ib上的阻抗相等，且因此在開關組件la、Ib上的電壓降也相等，如果可忽略導體5到地的電容。為了補償非對稱和/或補償導體5到地的雜散電容的影響，示例性的實施例包括輔助阻抗裝置18a、18b，其接近相等，且例如具有大約1-10 ΜΩ的絕對阻抗值(在50 Hz或60 Hz的情況下)。換言之，阻抗裝置18a、18b將提供比導體5到地的雜散電容更大的電容，例如將大4到9倍。阻抗裝置典型地是具有電容性與抵抗性部件的電容器。每個開關組件與一個阻抗裝置18a、18b並聯配置，且所有阻抗裝置匹配成以便使施加到開關的電壓均勻地分布在開關組件la、Ib上。備選地，或除此之外，如所示的那樣，阻抗裝置18c可配置在兩個封裝件2a、2b之間。
[0036]備選於將阻抗裝置18a、18b與開關組件la、Ib並聯配置，其可插入在開關組件la、Ib的金屬封裝件2a、2b與連接到節點17的那些端子之間。
[0037]在圖2的實施例中，阻抗裝置18a、18b配置在金屬封裝件2a、2b內。備選地，且如在圖5的實施例中所示的那樣，阻抗裝置18a、18b可配置在封裝件2a、2b外部，且可配置在絕緣柱體6外部，在該處，存在更多的空間來容納它們。在圖5的實施例中，阻抗裝置18a、18b各自從封裝件2a、2b延伸到在開關組件la、Ib之間的節點17。為了該目的，節點端子19配置在兩個開關組件la、lb之間，有利地處於距兩個開關組件的相等的距離處。節點端子19電氣連接到導電桿5且延伸到絕緣柱體6外部。例如，絕緣柱體6分成兩個半部，且節點端子19配置在兩個半部的凸緣點處。兩個阻抗裝置18a、18b各自在其端部中的一個處連接到節點端子19，且在其另一端部處連接到封裝件2a、2b。
[0038]阻抗裝置18a、18b例如是電容器，例如各自額定為數百kV (例如，300kV)。它們用作分級電容器且具有至少100 PF (尤其在數百PF到幾nF的範圍內)的電容值。
[0039]為了進一步說明上文，再一次提及一些實施例:
在實施例中，金屬封裝件2a、2b通過固體絕緣體(尤其通過電氣絕緣的柱體和/或通過開關的框架的電氣絕緣的第三區段)彼此電氣絕緣。
[0040]在實施例中，金屬封裝件2a、2b通過如在圖1、2、6以及隨附的說明中公開的電氣絕緣的柱體6彼此電氣絕緣。
[0041]在實施例中，金屬封裝件2a、2b通過開關的框架10a、…、1j的電氣絕緣的第三區段10g、…、1j彼此電氣絕緣，如在圖1、2、6以及隨附的說明中公開的那樣。
[0042]在實施例中，金屬封裝件2a、2b與地尤其通過固體絕緣體16a、16b或支承絕緣體電氣絕緣。
[0043]在實施例中，金屬封裝件2a、2b通過促動器15a、15b的電源的電絕緣的饋電線16a、16b與地電氣絕緣，如在圖1、2、6以及隨附的說明中公開的那樣。
[0044]在實施例中，金屬封裝件2a、2b彼此串聯配置。
[0045]在實施例中，每個金屬封裝件2a、2b以氣密方式封閉。
[0046]在實施例中，封裝第一開關組件Ia的第一金屬封裝件2a以及封裝第二開關組件Ib的第二金屬封裝件2b各自以氣密方式封閉。
[0047]在實施例中，開關是用於ac或dc應用的高壓開關，尤其是高壓切斷器、高壓斷路器或高壓整流裝置。
[0048]注意
在上述實施例中，開關包括串聯配置的兩個開關組件la、lb。然而，其可包括甚至更多的串聯配置的開關裝置，其中每個開關裝置安裝在其金屬封裝件中，並且其中鄰近的金屬封裝件彼此電氣絕緣。利用該設計，開關可成比例地用於甚至更高的電壓，而重複使用相同的開關組件以及金屬封裝件設計。
[0049]如所述的那樣，每個開關組件2a、2b包括一個或多個電氣開關單元4。圖2示出了帶有兩個這種開關單元4的實施例。如果提供若干開關單元4，則它們中的至少一些有利地串聯配置，以用於增大開關組件的耐受電壓。
[0050]與帶有單個開關組件的金屬包覆的外殼接地(dead tank)開關相比，金屬封裝件2a、2b未連接到地。在上述實施例中，在開關組件la、lb的串聯配置的端部處，金屬封裝件2a、2b分別(經由低阻抗連接)連接到端子8a、8b。備選地，在金屬封裝件與端子之間的連接可具有更高的阻抗。在該情形中，在端子與鄰近的金屬封裝件之間的阻抗以及在鄰近的金屬封裝件之間的阻抗有利地平衡，從而:(i)在所有開關組件上的電壓降相同，或至少近似相同；以及(ii)每個金屬封裝件的電勢在其封裝的開關組件的電勢輸入端子與輸出端子之間的中心，或近似在中心。在圖4中示出了帶有三個開關組件la、lb、lc以及三個金屬封裝件2a、2b、2c的這種開關的示例。阻抗裝置Z相應提供在每個金屬封裝件2a、2b、2c與在兩個鄰近的開關組件之間的節點17之間，且可選地相應提供在端側金屬封裝件2a和2c與其鄰近的端子8a和8c之間。至少所有阻抗裝置Z的絕對阻抗值選擇成相等，或者至少充分相似，在該情形中，如果忽略相對於地的阻抗，則滿足上述條件(i)和(ii)。
[0051]當前開關例如用於切換高壓和低電流，例如，在W0 2011/057675的圖2中的裝置10的位置處，由此通過引用使該文獻的內容整體作為本公開的一部分。
[0052]高壓開關例如可包括帶有高壓斷路和/或高壓切斷功能和/或高壓整流功能的開關組件。高壓開關尤其可為高壓切斷器、高壓斷路器、高壓整流裝置或類似的裝置。
[0053]開關可用於dc以及ac應用。
[0054]在典型的示例中，例如為了切換640 kV的dc電壓，可使用兩個開關組件la、lb以及金屬封裝件2a、2b (每個定額成該電壓的大約一半)。在該情形中，在兩個金屬封裝件2a、2b之間的典型距離可大約為若干米，諸如5 m-6 m。
[0055]雖然示出和描述了本發明的當前優選實施例，但是應當清楚地理解本發明不受其限制，而是可在所附權利要求的範圍內另外以多種方式實施和實踐。
[0056]附圖標記
la, lb, lc開關組件 2a, 2b, 2c金屬封裝件 4開關單元、開關觸頭部件 5導電桿 6絕緣柱體 8a, 8b端子 9電力線
10a, 10b,..., 10j 框架
10a, 10b, 10c框架的第一區段lOd, lOe, lOf框架的第二區段
10g, lOh, lOj框架的第三區段、絕緣區段
12; 12a, 12b, 12c, 12d 懸掛件
14腳手架
15a, 15b促動器
16a, 16b饋電線
17節點
18a, 18b, 18c阻抗裝置19節點端子20區域線。
【權利要求】
1.一種高壓開關，包括開關組件(匕，化)，其中，所述開關組件(1? 1幻配置在金屬封裝件(23,213)中，其特徵在於，所述開關包括至少兩個金屬封裝件(2? 24，其中開關組件(1?化)配置在每個金屬封裝件(2? 2幻中，其中，所述開關組件(匕，1幻串聯配置，並且其中，所述至少兩個金屬封裝件(2? 2幻彼此電氣絕緣。
2.根據權利要求1所述的開關，其特徵在於，每個開關組件(匕，1幻包括用於促動所述開關組件(1?化)的促動器(15^, 154，其中，所述開關組件(1?化)的促動器(15^, 15?)彼此電氣絕緣。
3.根據權利要求2所述的開關，其特徵在於，每個促動器(15?15?)與其促動的開關的封裝件(28,2)3)處於相同的電勢。
4.根據權利要求中的任一項所述的開關，其特徵在於，每個促動器(153,1513)包括帶有電絕緣的饋電線(161 16?)的電源。
5.根據在先權利要求中的任一項所述的開關，包括 所述金屬封裝件(23,213)的至少第一金屬封裝件(24,其封裝所述開關組件(1? 1?)的第一開關組件(1幻， 所述金屬封裝件(23,213)的至少第二金屬封裝件(213),其封裝所述開關組件(1? 1?)的第二開關組件(化)，以及 第一端子和第二端子(8? 8幻， 其中，所述開關組件(匕，化)串聯配置在所述第一端子和所述第二端子(8--)之間。
6.根據權利要求5所述的開關，其特徵在於，所述第一端子(?)電氣連接到所述第一金屬封裝件(24,且所述第二端子(?)電氣連接到所述第二金屬封裝件(26)。
7.根據權利要求5到6中的任一項所述的開關，其特徵在於，還包括用於懸掛所述開關的電氣絕緣的懸掛件(12)。
8.根據權利要求5到7中的任一項所述的開關，其特徵在於，包括框架(10?…，101，其具有連接到所述第一封裝件(24的第一區段(10? 106，100、連接到所述第二封裝件(2?)的第二區段(10(1, 106, 100以及連接所述第一區段(10? 106，10^)和所述第二區段(10(1, 106, 100的第三區段(108,…，10])，其中，所述第三區段(觀，…，10])電氣絕緣。
9.根據權利要求8所述的開關，其特徵在於，所述第三區段(108,…，101包括在所述第一區段(10?艦，100)和所述第二區段(10(1, 106, 10^)之間延伸的多個杆。
10.根據在先權利要求中的任一項所述的開關，其特徵在於，還包括連接所述金屬封裝件中的兩個(28,213)的電氣絕緣的柱體￠)以及配置在所述柱體(6)中且連接在所述兩個金屬封裝件(28,213)中的開關組件(1? 1?)的導電桿(5)。
11.根據權利要求10所述的開關，其特徵在於，所述柱體(6)填充有處於升高的壓力的絕緣氣體。
12.根據在先權利要求中的任一項所述的開關，其特徵在於，所述金屬封裝件(23,213)填充有升高的壓力的絕緣氣體。
13.根據在先權利要求中的任一項所述的開關，其特徵在於，每個開關組件(匕，1幻包括若干電氣開關單元(4)。
14.根據在先權利要求中的任一項所述的開關，其特徵在於，還包括，對於每個開關組件(1?化)，至少一個阻抗裝置(18? 1813,2),其與每個開關組件(1?化)並聯配置或配置在所述金屬封裝件(28,213)與在所述開關組件(1? 1幻之間的節點(17)之間，其中，所述阻抗裝置(18? 1813, 2)具有匹配的阻抗，以便使施加給所述開關的電壓均勻分布在所述開關組件(匕，㈦上，且以便補償從導體(5)到地的雜散電容。
15.根據權利要求14所述的開關，其特徵在於，還包括: 電氣絕緣的柱體￠)，其機械連接所述金屬封裝件中的兩個(2? 21^), 導電桿(5)，其配置在所述柱體(6)中且電氣連接在所述兩個金屬封裝件(2? 2幻中的開關組件(1^,化)，以及 節點端子(19),其配置在所述兩個開關組件(1? 1?)之間、電氣連接到所述導電桿(5)以及在所述絕緣柱體(6)外部延伸， 其中，所述阻抗裝置(18? 18?)配置在所述絕緣柱體(6)外部且連接到所述節點端子(19)。
16.根據在先權利要求中的任一項所述的開關，其特徵在於，所述金屬封裝件(23,213)通過固體絕緣體，尤其通過電氣絕緣的柱體(6)和/或通過所述開關的框架(10?…，10^)的電氣絕緣的第三區段(108,…，10』0，彼此電氣絕緣。
17.根據權利要求10和16所述的開關，其特徵在於，所述金屬封裝件(23,213)通過所述電氣絕緣的柱體(6)彼此電氣絕緣。
18.根據權利要求8和16所述的開關，其特徵在於，所述金屬封裝件(2?2幻通過所述開關的框架(10?…，10])的電氣絕緣的第三區段(10^,…，10])彼此電氣絕緣。
19.根據在先權利要求中的任一項所述的開關，其特徵在於，所述金屬封裝件(23,213)與地電氣絕緣，尤其是通過固體絕緣體(16^1, 166)或支承絕緣體。
20.根據權利要求4和19所述的開關，其特徵在於，所述金屬封裝件(2?2幻通過所述促動器(15? 15?)的電源的電絕緣的饋電線(161 16?)與地電氣絕緣。
21.根據在先權利要求中的任一項所述的開關，其特徵在於，所述金屬封裝件(23,213)彼此串聯配置。
22.根據在先權利要求中的任一項所述的開關，其特徵在於，每個金屬封裝件(23,213)以氣密方式封閉。
23.根據權利要求5和22所述的開關，其特徵在於，封裝所述第一開關組件(匕)的所述第一金屬封裝件(24以及封裝所述第二開關組件(化)的所述第二金屬封裝件(26)各自以氣密方式封閉。
24.根據在先權利要求中的任一項所述的開關，其特徵在於，所述開關是用於％或如應用的高壓開關，尤其是高壓切斷器、高壓斷路器或高壓整流裝置。
25.一種用於操作根據在先權利要求中的任一項所述的開關的方法，包括如下步驟:將所述開關組件(匕，化)中的第一個連接到第一高壓電勢，且將所述開關組件(匕，化)中的第二個連接到第二電勢，使得所述開關組件(匕，1?)電氣串聯地配置在所述第一電勢和所述第二電勢之間。
【文檔編號】H01H33/662GK104380422SQ201380028757
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年5月31日 優先權日:2012年5月31日
【發明者】P.斯卡拜 申請人:Abb 技術有限公司