CN112005328B - 机电致动器和高压(hv)开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机电致动器，用于将机械运动从第一区域传递到第二区域中，第一区域和第二区域彼此电隔离。致动器(106，206)包括电绝缘杆(108，208)，其具有本体(110，210)，用于连接至布置在所述第一区域中的机电驱动机构的第一致动部分(112，212)，以及用于致动布置在所述第二区域中的机电致动机构的第二致动部分(114，214)；绝缘盖(116，216)，其至少部分地包围所述电绝缘杆(108，208)；弹性膜片单元(118，218)，其布置在所述电绝缘本体(110，210)和所述盖(116，216)之间且具有至少一个柔性膜(122；250，252)，用于电隔离第一区域和第二区域，其中所述膜片单元(118，218)在膜(122；250，252)的至少一个表面上涂覆有半导电层。

Description

机电致动器和高压(HV)开关

技术领域

本发明涉及高压开关，特别是涉及一种机电致动器，用于将机械运动从第一区域传递到第二区域中，第一区域和第二区域彼此电隔离。

背景技术

为了连接和断开高压，存在的问题是，低压环境中生成的控制信号必须被转换为机械运动，该机械运动在HV环境中致动开关装置，而不会因高压而危及低压环境。特别地，必须在两种环境之间确保安全的电隔离。

常规的高压开关具有位于绝缘的环境外壳(例如陶瓷瓶)内的触头。触头之一可由外壳外部的机械系统致动，该机械系统由延伸穿过外壳密封件的轴连接。致动机构通常在开关中形成接地连接，除非采取预防措施，否则电流可能会从开关组件向致动机构形成电弧，导致故障或损坏。为了解决这个问题，常规的高压开关(例如高开销重合器)通常利用较长的玻璃纤维拉杆将致动机构连接到开关触头。绝缘的玻璃纤维杆延伸穿过空气填充的腔。但是，此配置占用大量物理空间。因此，从EP 2482301 A1已知提供一种电开关，该电开关包括管状壳体，其具有导体接收端和与导体接收端相对的操作端，其中管状壳体包括位于导体接收端和操作端之间的接口。操作杆穿过操作端朝向导体接收端延伸，并且固定触头电联接至导体接收端。

可移动的触头电联接至接口和操作杆，其中可移除的触头可在接触固定触头的第一位置和与固定触头分开的第二位置之间移动。膜片位于管状壳体中在接口和操作端之间，以防止电压从接口电弧放电到操作端，其中膜片包括穿过其中的孔以接收操作杆，其中膜片包括第一管状部分和第二管状部分，第二管状部分的外径小于第一管状部分的外径，以及第一管状部分和第二管状部分之间的肩部部分，其中第一管状部分与管状壳体摩擦接合，且第二管状部分与操作杆摩擦接合，且其中操作杆从第一位置到第二位置的移动使第二管状部分相对于第一管状部分移动，该移动使肩部部分变形。

然而，这种已知的布置仍然具有以下问题：在某些条件下，电场没有得到充分的管理，从而可能发生放电，其可能损坏绝缘材料。另外，单个膜片可能无法在HV和LV环境之间提供足够的电绝缘。

仍然需要一种改进的机电致动器，其用于将机械运动从第一区域传递到第二区域中，第一区域和第二区域彼此电隔离，其确保安全的电隔离，长期稳定、鲁棒、且可以经济地制造。

发明内容

该目的通过独立权利要求的主题来解决。本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

本发明基于以下思路，提供将HV和LV(或接地)环境分开的弹性膜片单元，其在至少一个表面上具有半导电层，该半导电层具有静电耗散或静电屏蔽特性。例如，含碳黑的聚合物可以用于这种半导电层。当然也可以使用具有必要的高电阻性以减少静电荷的任何其他合适的材料。

特别地，本发明提供一种机电致动器，其用于将机械运动从第一区域传递到第二区域中，第一区域和第二区域彼此电隔离，以及致动器，其包括电绝缘杆，该电绝缘杆具有本体、用于连接至布置在所述第一区域中的机电驱动机构的第一致动部分，以及用于致动布置在所述第二区域中的机电致动机构的第二致动部分。提供电绝缘盖，其至少部分地包围所述电绝缘杆。根据本发明，弹性膜片单元布置在所述电绝缘本体和所述盖之间，且具有用于电隔离所述第一区域和第二区域的至少一个柔性膜，在膜的至少一个表面上涂覆有半导电层。

这种布置的优点是，其将HV环境与LV(或接地)环境安全地隔离，并避免积累静电荷，该静电荷会导致加和损坏绝缘材料。而且，该致动器空间需求小，并且可以通过使用成熟的标准制造技术来经济地制造。

根据本发明的有利实施例，盖包括电绝缘管，其形成为与所述膜片单元分开的部件。这允许仅通过修改管就可以将致动器内置到多种不同的开关类型中，以装配到特定开关的壳体中。

有利地，膜片单元包括内套筒，其以密封的方式布置在电绝缘杆的本体处。因此，该内套筒安全地避免了任何电流沿着杆离开HV环境。

为了确保在杆运动时内套筒不相对于杆移动，使得仅膜偏转并且在杆和膜片单元之间的接口处不会引起磨损，杆的本体具有带有纵向轴线的长形的基本圆柱形的形状，其中本体包括至少一个固定凸出部，用于将所述内套筒固定在本体处。

特别地，本体可以包括两个环形的止动凸出部，它们沿着所述纵向轴线间隔开一定距离，该距离对应于内套筒的纵向尺寸，使得内套筒保持在止动凸出部之间。这允许特别安全的机械固定，并且还增加了电气爬电距离。

根据本发明的有利实施例，膜片单元包括至少一个外套筒，其以密封的方式布置在所述盖处。该外套筒允许盖处的牢固的机械固定，盖进而可以牢固地附接至HV开关的壳体。

有利地，膜片单元在膜的两个表面上涂覆有半导电材料。这允许在膜片单元的HV以及LV侧进行有效的电场管理。

为了进一步增强电绝缘的安全性，膜片单元不仅可以包括一个膜，还可以包括沿着杆的纵向轴线间隔开的第一膜和第二膜。为了进一步增强绝缘性能，第一膜和第二膜可以在彼此之间形成隔室，所述隔室填充有电绝缘流体。电绝缘流体例如包括介电油。当然，也可以使用任何其他合适的材料，例如硅胶或绝缘粉末。

有利地，膜片单元包括至少一个入口，用于填充所述绝缘流体。该入口可以例如包括带有引入部的注油螺钉，该引入部连接至第一膜和第二膜之间的隔室。

为了避免在第一膜和第二膜内有害地积累过压力，膜片单元可以包括至少一个排气元件以允许流体的压力补偿。

根据本发明，第一膜和第二膜可以与一个共同的内套筒和/或一个共同的外套筒整体地形成。然而，为了便于制造膜片单元，内套筒和外套筒中的至少一个可以分成两部分。特别地，膜片单元可以包括第一外套筒和第二外套筒，它们以密封的方式布置在所述盖处，第一外套筒连接到第一膜，且第二外套筒与第二膜连接。

尽管参照一个或两个膜对本发明进行了详细说明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，还可以提供两个以上的膜，从而导致电绝缘的质量更高。使用多个膜而不是仅一个膜也具有可以使用具有更高柔性的较薄的膜的优点。

本发明可以有利地与高压开关一起使用，例如真空断路器，其包括如前面任一项所述的机电致动器，其中第一区域是低压(LV)环境或接地，且其中第二区域是高压(HV)环境。特别地，盖附接至封闭所述HV环境的外壳，从而膜有效地密封HV环境。

另外，根据本发明的有利实施例，高压开关包括封闭在电绝缘外壳中的第一HV电触头和第二HV电触头，其中所述外壳被填充有绝缘流体的隔室包围，且其中所述绝缘流体的压力通过设置在所述隔室中的至少一个储气罐控制。绝缘流体可以是油，但更有利的是电绝缘凝胶。通过提供至少一个储气罐，可以限制压力，这在高温下很重要。此外，这种限压器在低温条件下也是有利的，因为这样，任何油、凝胶或其他绝缘填充物收缩且储气罐膨胀，以补偿这种体积的减小。因此，可以避免形成不确定的气穴。另外，限压器可以至少部分地由半导电材料制成，从而改善电场分布。

本发明有利地用于高压开关，例如真空断路器，特别是用于42kV应用。下文中使用的术语“高压”旨在涉及大约1kV以上的电压。特别地，术语“高压”旨在包括电力传输的通常标称电压范围，即中压，MV，(约3kV至约72kV)，高压，HV，(约72kV至约245kV)，以及超高压(目前至约500kV)。当然，未来也可以考虑更高的电压。这些电压可以是直流(DC)电压或交流(AC)电压。在下文中，术语“高压电缆”旨在表示适用于在大于约1kV的电压下承载大于约1A的电流的电缆。因此，术语“高压开关”旨在表示适用于连接和断开高压设施和/或高压电缆的装置。本发明提供了一种用于将机械运动从涉及低于1kV电压的所谓“低压”LV环境安全地传递到HV环境的装置。当然，代替LV环境，第一环境也可以具有接地电位。

附图说明

附图并入说明书中并形成说明书的一部分以说明本发明的若干实施例。这些附图与描述一起用于解释本发明的原理。这些附图仅仅是为了说明如何制造和使用本发明的优选和替代示例的目的，而不应被解释为将本发明限制为仅示出和描述的实施例。此外，实施例的几个方面可以单独存在或以不同方式组合以形成根据本发明的解决方案。因此可以将以下描述的实施例单独考虑或以其任意组合考虑。从以下对本发明的各种实施例的更具体的描述中，进一步的特征和优点将变得显而易见，如附图中所示，其中相同的附图标记指代相同的元件，并且其中：

图1是根据第一实施例的高压开关的示意图；

图2是图1的细节；

图3是没有附接连接器的图1所示的高压开关的示意图；

图4是根据另一实施例的高压开关的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图并首先参考图1详细地解释本发明。

图1示出了根据本发明的第一有利实施例的高压开关100的有利实施例。在高压(HV)测，第一电触头102可以连接至第二电触头104。在图1中，这两个触头被示出为断开状态。为了闭合电连接，电触头102必须在箭头120所示的方向上朝向电触头104移动。根据本发明，这通过致动器106来完成。第一电触头102和第二电触头104可以包封在真空箱103中，也称为瓶。

致动器106包括电绝缘杆108，其具有：本体110，第一致动部分112，用于连接至机电驱动机构(图中未示出)，以及第二致动部分114，用于致动机电致动机构，其布置在HV区域(图中未示出)中。第一致动部分112布置在低压(LV)环境中或连接至地(也称为“接地侧”)。电绝缘盖116至少部分地包围所述电绝缘杆108。

致动器106包括弹性膜片单元118，其布置在所述电绝缘本体110和所述盖116之间，且具有柔性膜122，用于将第一区域和第二区域电隔离。根据本发明，膜片单元118在膜122的表面124、126之一上涂覆有半导电层。因此，可以最佳地管控HV电场，并且可以避免绝缘膜材料的损坏。

盖116由实心电绝缘管形成。在外侧，其覆盖有柔性绝缘层128，该柔性绝缘层128例如由硅胶制成。该绝缘层128可以被半导电外层覆盖。为了快速地消除电触头102、104的区域中的电弧，提供连接至地的接地触头105。

膜122是柔性的，因此允许杆108沿着纵向方向120移动并再次返回，从而使膜122偏转。另一方面，电绝缘的柔性膜122在HV侧和LV侧(或地)之间提供有效的电绝缘。

图2更详细地示出了致动器106。如从该图可见，杆108具有纵向轴线130，其沿着移动方向120行进。为了将膜片单元118安全地锚定在管状盖116的内部，膜片单元118包括外套筒132。另外，为了机械地接触电绝缘杆108，膜片单元118包括围绕电绝缘杆108的本体110的内套筒134。

为了避免当杆108移动时内套筒134沿着本体110的外表面滑动，两个环形的固定元件136、138设置在杆108的周边周围。因此，内套筒134在纵向方向上在两侧固定。对于本领域人员显而易见的是，这些环形的凸出部136、138当然也可以由仅覆盖杆的本体110的周边的一部分的固定元件代替。然而，环形的解决方案是优选的，因为它增大了电流的爬电距离。

如图2所示，硅胶盖128也可以设置有半导电层140，其提供电场控制并充当法拉第笼。接地触头105允许快速地释放电触头102、104的区域中的电弧。

为了在开关的其余部分固定根据本发明的致动器106，可以提供两个帽。特别地，具有大致管状和锥形区域144的外帽142可以插在盖116和硅胶层128之间，以便将盖116安全地固定在开关100处。

另外，为了将膜片单元118的外套筒132机械地固定在盖116内，将内管状帽146插在盖116与偏转的膜122所需的自由空间之间。保持肩部148与外套筒132相互作用，以在纵向方向上固定套筒132。

根据本发明，膜122的第一表面124以及第二表面126覆盖有半导电层，以管控HV电场。

另外，真空箱103可以由电绝缘流体围绕，优选是凝胶填充物149，以获得更好的电绝缘。为了控制和限制凝胶149产生的压力(特别是在升高的温度下)，HV开关100具有带有一个或多个储气罐151的限压器。与凝胶相比，空气是可压缩的，因此可平衡压力。

图3示出了没有附接的各种连接器的根据本发明的HV开关100。

图4示出了根据本发明的致动器206的另一有利实施例。根据该实施例，杆208与先前附图中的杆108基本相同。杆208具有本体210、第一致动部分212和第二致动部分214。致动器206还包括盖216，其制成为基本上管状的电绝缘部件。杆208的本体210具有两个基本上环形的凸出部236、238，它们与膜片单元218的内套筒234接合。

与之前的实施例不同，膜片单元218包括第一膜250和第二膜252。这些膜250、252比图1至3所示的膜122薄，因此更柔性并且可以更容易地偏转。

另外，第一膜250和第二膜252在彼此之间封闭隔室254。根据本发明，该隔室可以填充有电绝缘流体，例如介电油。提供入口256以填充油，且出口258可以用于使隔室254排气以避免危险的过压。

根据图4所示的本发明，膜250、252中的每一个具有其分开的外套筒260、262，其附接至盖216。

另外，膜250、252的至少一个在其至少一个表面上涂覆有半导电层，以便提供对HV电场的最佳管控。

图4所示的实施例的优点在于，与图1至图3的膜122相比，膜250和252可以用更薄的壁制成，从而它们可以更容易地进行偏转，且致动器206需要较低的力来移动杆208。隔室254的注油可显著增强电气绝缘性能。

附图标记

附图标记 说明

100 HV开关

102 第一HV电触头

103 真空箱

104 第二HV电触头

105 接地触头

106，206 致动器

108，208 杆

110，210 本体

112，212 第一致动部分

114，214 第二致动部分

116，216 盖

118，218 弹性膜片单元

120 纵向方向

122 柔性膜

124 膜的第一表面

126 膜的第二表面

128 硅胶层

130 轴线

132 外套筒

134，234 内套筒

136，236 第一凸出部

138，238 第二凸出部

140 半导电层

142 外帽

144 锥形区域

146 内帽

148 保持肩部

149 凝胶填充物

151 储气罐

250 第一膜

252 第二膜

254 隔室

256 入口

258 出口

260 第一外套筒

262 第二外套筒。

Claims (11)

1.一种机电致动器，用于将机械运动从第一区域传递到第二区域中，所述第一区域和第二区域彼此电隔离，所述致动器（106，206）包括：

电绝缘杆（108，208），其具有本体（110，210）、第一致动部分（112，212）和第二致动部分（114，214），所述第一致动部分用于连接至布置在所述第一区域中的机电驱动机构，所述第二致动部分用于致动布置在所述第二区域中的机电致动机构；

电绝缘盖（116，216），其至少部分地包围所述电绝缘杆（108，208）；

弹性膜片单元（118，218），其布置在所述本体（110，210）和所述盖（116，216）之间，且具有至少一个柔性的膜（122；250，252），用于电隔离所述第一区域和第二区域，所述膜具有所述第一区域的第一表面（124）和所述第二区域的第二表面（126），其中所述膜片单元（118，218）在所述膜（122；250，252）的第一表面（124）和第二表面（126）上涂覆有半导电层，

其中，所述膜片单元（218）包括第一膜（250）和第二膜（252），它们沿着所述杆（208）的纵向轴线间隔开一定距离，所述第一膜（250）和第二膜（252）在彼此之间形成隔室（254），所述隔室（254）填充有电绝缘流体，所述膜片单元（218）包括至少一个入口（256）以用于填充所述绝缘流体。

2.如权利要求1所述的机电致动器，其中，所述盖（116，216）包括电绝缘管，其形成为与所述膜片单元（118，218）分开的部件。

3.如权利要求1所述的机电致动器，其中，所述膜片单元（118，218）包括内套筒（134，234），其以密封方式布置在所述电绝缘杆（108，208）的所述本体（110，210）上。

4.如权利要求3所述的机电致动器，其中，所述本体（110，210）具有带有纵向轴线（130）的长形的基本圆柱形的形状，且其中，所述本体（110，210）包括至少一个凸出部（136，138；236，238），用于将所述内套筒（134，234）固定在所述本体（110，210）上。

5.如权利要求4所述的机电致动器，其中，所述本体（110，210）包括两个环形的凸出部（136，138；236，238），它们沿着所述纵向轴线间隔开一定距离，该距离对应于所述内套筒（134，234）的纵向尺寸，从而将所述内套筒保持在所述凸出部之间。

6.如权利要求1-5中任一项所述的机电致动器，其中，所述膜片单元（118，218）包括至少一个外套筒（132；260，260），其以密封方式布置在所述盖（116，216）处。

7.如权利要求1-5中任一项所述的机电致动器，其中，所述膜片单元（218）包括至少一个排气元件（258），用于允许所述流体的压力补偿。

8.如权利要求1-5中任一项所述的机电致动器，其中，所述膜片单元（218）包括第一外套筒（260）和第二外套筒（262），它们以密封方式布置在所述盖（216）处，所述第一外套筒连接至所述第一膜，所述第二外套筒与所述第二膜连接。

9.一种高压开关，包括如权利要求1-8中任一项所述的机电致动器（100），其中，所述第一区域是低压（LV）环境或接地，且其中所述第二区域是高压（HV）环境。

10.如权利要求9所述的高压开关，其中，所述盖（116，216）附接至封闭所述高压（HV）环境的外壳。

11.如权利要求9或10所述的高压开关，包括封闭在电绝缘外壳中的第一HV电触头和第二HV电触头，其中，所述外壳被包围在填充有绝缘流体（149）的隔室中，且其中，所述绝缘流体（149）的压力由设置在所述隔室内的至少一个储气罐（151）控制。

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