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CN117334516A - 中压或高压开关系统 - Google Patents

中压或高压开关系统 Download PDF

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CN117334516A
CN117334516A CN202310755970.1A CN202310755970A CN117334516A CN 117334516 A CN117334516 A CN 117334516A CN 202310755970 A CN202310755970 A CN 202310755970A CN 117334516 A CN117334516 A CN 117334516A
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arm
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克里斯蒂安·罗伊贝尔
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ABB Schweiz AG
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Abstract

本发明涉及一种低压、中压或高压开关系统，包括：真空断续器；以及磁系统；其中真空断续器包括固定触头和可移动触头；其中在开关系统的闭合配置中，真空断续器被配置为保持可移动触头与固定触头接触；其中在开关系统的断开转换中，真空断续器被配置为移动该可移动触头远离固定触头；以及其中磁系统被配置为生成具有磁通量线的磁场，磁通量线在断开转换期间被引导穿过在可移动触头与固定触头之间的间隙；并且其中真空断续器的轴线被引导穿过固定触头的中心并且穿过可移动触头的中心，并且其中磁通量线被引导垂直于真空断续器的轴线。

Description

中压或高压开关系统
技术领域
本发明涉及一种中压或高压开关系统，以及中压或高压开关设备。
背景技术
混合中压或高压DC断路器是这样一种装置，其中真空断续器(VI)的电弧电压用于将电流从VI所位于的主路径转移到与半导体平行的路径，然后在此切断电流。
这种混合DC断路器的关键方面是从VI到平行半导体的电流的换向。通常，例如中压(MV)真空断续器生成仅约50V的电弧电压。为了负载电流或短路电流的快速和可靠的换向，需要具有增加的电弧电压的真空断续器。然而，当电路电压高于50V时，现有技术的MV真空断续器实际上不能切换任何DC电流。
需要解决这些问题。
发明内容
因此，使标准VI能够切换更高的电压将是有利的。例如，将标准MV VI的DC开关性能至少转换到MV负载断路开关的低范围。
本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决，其中在从属权利要求中并入了另外的实施例。
在第一方面，提供了一种中压或高压开关系统，包括：
-真空断续器；以及
-磁系统。
真空断续器包括固定触头和可移动触头。在开关系统的闭合配置中，真空断续器被配置为保持可移动触头与固定触头接触。在开关系统的断开转换中，真空断续器被配置为移动该可移动触头远离固定触头。磁系统被配置为生成具有磁通量线的磁场，磁通量线在断开转换期间被引导穿过在可移动触头与固定触头之间的间隙。真空断续器的轴线被引导穿过固定触头的中心并且穿过可移动触头的中心，并且其中磁通量线被引导垂直于真空断续器的轴线。
在示例中，磁系统包括轭结构。轭包括第一臂和第二臂，并且第一臂的端部和第二臂的端部位于真空断续器的轴线的相对侧上。
在示例中，轭的第一臂包括第一永磁体，轭的第二臂包括第二永磁体。轭被配置使得第一永磁体和第二永磁体被定位在真空断续器的轴线的相对侧上。具有磁通量线的磁场包括由永磁体生成的磁场，磁通量线在断开转换期间被引导穿过在可移动触头与固定触头之间的间隙。
在示例中，第一永磁体位于轭的第一臂的端部处，第二永磁体位于轭的第二臂的端部处。
在示例中，磁系统包括至少一个线圈，该至少一个线圈被配置为承载电流。该至少一个线圈缠绕在轭的至少一部分周围。具有磁通量线的磁场包括当由至少一个线圈承载电流时生成的磁场，磁通量线在断开转换期间被引导穿过在可移动触头与固定触头之间的间隙。
在示例中，该至少一个线圈中的线圈缠绕在轭的在轭的第一臂与轭的第二臂之间的一部分周围。
在示例中，该至少一个线圈的第一线圈缠绕在轭的第一臂周围，并且该至少一个线圈的第二线圈缠绕在轭的第二臂周围。
在示例中，该至少一个线圈被电连接到固定触头。
在示例中，该至少一个线圈被配置为在断开转换期间承载在固定触头与可移动触头之间流动的电流的至少一部分。
在示例中，该至少一个线圈被电连接到可移动触头。
在示例中，该至少一个线圈被配置为在断开转换期间承载在固定触头与可移动触头之间流动的电流的至少一部分。
在示例中，轭包括铁。
在示例中，开关系统包括主路径和与主路径平行的半导体路径。真空断续器位于主路径中，并且在开关系统的闭合配置中被配置为经由主路径承载电流。在断开转换期间，电流从主路径至少换向到半导体路径。
在示例中，开关系统包括与主路径平行的电压限制路径。在断开转换期间，电流从主路径换向到半导体路径和电压限制路径。
在第二方面，提供了一种包括至少一个根据第一方面的开关系统的中压或高压开关设备。
参考下文描述的实施例，上述方面和示例将变得显而易见并被阐明。
附图说明
将参考以下附图在下文中描述示例性实施例：
图1示出了具有磁系统的真空断续器的示例；
图2示出了中压混合DC开关或断路器的主要部件的示例；
图3示出了具有如图1所示的磁系统但省略了陶瓷绝缘子的真空断续器的透视图；
图4示出了具有磁系统的真空断续器的示例；
图5示出了具有磁系统的真空断续器的示例；以及
图6示出了具有磁系统的真空断续器的示例。
具体实施方式
现在描述一种新的中压或高压开关系统。新的设计利用了这样的设计，即为了熄灭在真空断续器的触头之间的DC电弧，由于电弧电压的增加，使用垂直于电流的磁场来提高开关性能。
在示例中，中压或高压开关系统包括真空断续器10和磁系统50。真空断续器包括固定触头11和可移动触头12。在开关系统的闭合配置中，真空断续器被配置为保持可移动触头与固定触头接触。在开关系统的断开转换中，真空断续器被配置为移动可移动触头远离固定触头。磁系统被配置为生成具有磁通量线的磁场，磁通量线在断开转换期间被引导穿过在可移动触头与固定触头之间的间隙。真空断续器的轴线被引导穿过固定触头的中心并且穿过可移动触头的中心，并且其中磁通量线被引导垂直于真空断续器的轴线。
在示例中，磁系统包括轭结构52。轭包括第一臂和第二臂，并且第一臂的端部和第二臂的端部位于真空断续器的轴线的相对侧上。
在示例中，轭的第一臂包括第一永磁体51，轭的第二臂包括第二永磁体51。轭被配置使得第一永磁体和第二永磁体被定位在真空断续器的轴线的相对侧上。具有磁通量线的磁场包括由永磁体生成的磁场，磁通量线在断开转换期间被引导穿过在可移动触头与固定触头之间的间隙。
在示例中，第一永磁体位于轭的第一臂的端部处，第二永磁体位于轭的第二臂的端部处。
在示例中，磁系统包括至少一个线圈53，至少一个线圈53被配置为承载电流。该至少一个线圈缠绕在轭的至少一部分周围。具有磁通量线的磁场包括当由至少一个线圈承载电流时生成的磁场，磁通量线在断开转换期间被引导穿过在可移动触头与固定触头之间的间隙。
在示例中，该至少一个线圈中的线圈缠绕在轭的在轭的第一臂与轭的第二臂之间的一部分周围。
在示例中，该至少一个线圈的第一线圈缠绕在轭的第一臂周围，并且该至少一个线圈的第二线圈缠绕在轭的第二臂周围。
在示例中，该至少一个线圈被电连接到固定触头。
在示例中，该至少一个线圈被配置为在断开转换期间承载在固定触头与可移动触头之间流动的电流的至少一部分。
在示例中，该至少一个线圈被电连接到可移动触头。
在示例中，该至少一个线圈被配置为在断开转换期间承载在固定触头与可移动触头之间流动的电流的至少一部分。
在示例中，轭包括铁。
在示例中，开关系统60包括主路径61和与主路径平行的半导体路径62。真空断续器位于主路径中，并且在开关系统的闭合配置中被配置为经由主路径承载电流。在断开转换期间，电流从主路径至少换向到半导体路径。
在示例中，开关系统包括与主路径平行的电压限制路径63。在断开转换期间，电流从主路径换向到半导体路径和电压限制路径。
在示例中，真空断续器是轴对称的。
在示例中，真空断续器不利用电弧室。
中压或高压开关设备于是可以包括至少一个如上描述的开关系统。
现在具体描述新的中压或高压开关系统，其中参考图1-6。新的发展使得能够利用标准中压真空断续器，其中生成外部磁场，以提供DC电流的中压低范围负载断路开关。新的发展可用于任何类型的开关，其中当开关闭合时真空断续器承载电流，并且其中期望升高的电弧电压用于将电流换向到用于断开电路的平行电弧猝熄系统。
因此，可以是标准MV VI的真空断续器通常可以是轴对称的，并且不需要附加的装置，例如电弧室。因此，MV VI可以经由磁系统的利用以与低电压情况相当的方式在中电压情况下操作。
图1示出了具有外部磁系统50以增强真空断续器性能的真空断续器1的截面图。真空断续器1包括固定触头11、可移动触头12、上盖13和下盖14、波纹管15和陶瓷绝缘子16。磁系统50包括沿箭头所示方向驱动磁通量的两个永磁体51，以及使磁通量返回围绕真空断续器的铁轭52。磁系统50以这样的方式布置，即它的磁通量穿过在固定触头11与可移动触头12之间的区域，在该区域中，当真空断续器断开时，电弧将在触头11与触头12之间开始燃烧。
图2示出了中压混合DC开关或断路器60的主要部件的主要布置。具有真空断续器1的主路径61以低损耗承载标称电流。当开关60断开时，电流必须从主路径61换向到半导体路径62和电压限制路径63。
图3示出了也在图1中示出的真空断续器1的透视图。省略了陶瓷绝缘子16，从而可以看到固定触头11和可移动触头12相对于磁系统50的相对位置。
图4示出了在磁系统50中生成磁通量的备选方式。这里，线圈53串联连接到真空断续器，作为中压(MV)DC混合开关或断路器60的主电流路径61的一部分。在该实施例中不需要永磁体51，因为垂直于电弧的磁通量由主电流本身生成。连接到可移动触头12的真空断续器的可移动杆通过接触系统17被电连接到线圈53的一个端子，接触系统17可以是滑动接触系统或柔性导体。
图5示出了由永磁体51和线圈53生成的通量的组合。
图6示出了一个实施例，其中两个线圈53布置在轭52的臂的端部，被定位在靠近真空断续器。
在图1和图3中，磁场被引导垂直于间隙和电弧，从而当电流的技术方向是从固定触头11到可移动触头12时，电弧将被洛伦兹力驱动朝向观察者，而反之亦然，当电流流动是从可移动触头12到固定触头11时，电弧将被洛伦兹力驱动远离观察者。由于该驱动，电弧伸长并且电弧电压增加。该效应可用于：1)当电路的驱动电压在低MV范围内时切断负载电流；2)确保电流从主路径61到半导体路径62和电压限制路径63的换向。先前在MV DC CB或限流器的一些概念中，为此目的，需要与VI串联的单独的换向开关，但是现在可以省略。由于真空断续器可以是标准的真空断续器，因此它可以是轴对称的。这意味着对于电流没有优选的方向；原理适用于任何方向的电流。而且，在标准MV VI中没有预见到附加装置，像电弧室。
在图4中，线圈53用于与由永磁体53所提供的效果相同的效果，以感应垂直于间隙的磁场。同样在此，该原理适用于主电流的两个方向。备选地，也可以使用两个或更多个线圈；见图6。
永磁体和基于线圈的感应可以一起使用以生成适当的磁场。图5所示的组合可以生成有效的磁场，但是这里必须考虑主电流的某个方向，使得来自线圈53的磁通量与永磁体51的磁通量的方向相同，即来自51和来自53的通量相加而不相减。然而，从标准电磁知识中这并不难实现。
图6示出了两个线圈53以这样的方式布置，即它们的通量直接指向触头11、12。对于非常高的电流，效果是即使当铁轭已经饱和时，更多的通量也可以到达电弧区域。图6所示的实施例也可以装备具有永磁体51。
新的发展已经表明，标准真空断续器的电弧电压可以从大约50V增加到几百伏，峰值电压高于1000V。
附图标记
1具有增强性能的VI
10真空断续器(VI)
11VI的固定触头
12VI 1的可移动触头
13VI上盖
14VI下盖
15VI的波纹管
16VI的陶瓷绝缘子
17VI的接触系统
50磁系统
51 50的永磁体
52 50的铁轭
53 50的线圈
60MV混合DC开关或CB
61具有VI 1的60的主路径
62 60的半导体路径
63 60的电压限制路径
虽然已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应当被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。

Claims (15)

1.一种低压、中压或高压开关系统，包括：
-真空断续器(10)；以及
-磁系统(50)；
其中所述真空断续器包括固定触头(11)和可移动触头(12)；
其中在所述开关系统的闭合配置中，所述真空断续器被配置为保持所述可移动触头与所述固定触头接触；
其中在所述开关系统的断开转换中，所述真空断续器被配置为移动所述可移动触头远离所述固定触头；并且
其中所述磁系统被配置为生成具有磁通量线的磁场，所述磁通量线在所述断开转换期间被引导穿过在所述可移动触头与所述固定触头之间的间隙；以及
其中所述真空断续器的轴线被引导穿过所述固定触头的中心并且穿过所述可移动触头的中心，并且其中所述磁通量线被引导垂直于所述真空断续器的所述轴线。
2.根据权利要求1所述的开关系统，其中所述磁系统包括轭结构(52)，其中所述轭包括第一臂和第二臂，并且其中所述第一臂的端部和所述第二臂的端部位于所述真空断续器的所述轴线的相对侧上。
3.根据权利要求2所述的开关系统，其中所述轭的所述第一臂包括第一永磁体(51)，并且所述轭的所述第二臂包括第二永磁体(51)，其中所述轭被配置使得所述第一永磁体和所述第二永磁体被定位在所述真空断续器的所述轴线的相对侧上，并且其中所述具有磁通量线的磁场包括由所述永磁体生成的磁场，所述磁通量线在所述断开转换期间被引导穿过在所述可移动触头与所述固定触头之间的所述间隙。
4.根据权利要求3所述的开关系统，其中所述第一永磁体位于所述轭的所述第一臂的所述端部处，并且所述第二永磁体位于所述轭的所述第二臂的所述端部处。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的开关系统，其中所述磁系统包括至少一个线圈(53)，所述至少一个线圈(53)被配置为承载电流，并且其中所述至少一个线圈缠绕在所述轭的至少一部分周围，并且其中所述具有磁通量线的磁场包括当由所述至少一个线圈承载电流时生成的磁场，所述磁通量线在所述断开转换期间被引导穿过在所述可移动触头与所述固定触头之间的所述间隙。
6.根据权利要求5所述的开关系统，其中所述至少一个线圈中的线圈缠绕在所述轭的在所述轭的所述第一臂与所述轭的所述第二臂之间的一部分周围。
7.根据权利要求5所述的开关系统，其中所述至少一个线圈的第一线圈缠绕在所述轭的所述第一臂周围，并且所述至少一个线圈的第二线圈缠绕在所述轭的所述第二臂周围。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的开关系统，其中所述至少一个线圈被电连接到所述固定触头。
9.根据权利要求8所述的开关系统，其中所述至少一个线圈被配置为在所述断开转换期间承载在所述固定触头与所述可移动触头之间流动的所述电流的至少一部分。
10.根据权利要求5至7中任一项所述的开关系统，其中所述至少一个线圈被电连接到所述可移动触头。
11.根据权利要求10所述的开关系统，其中所述至少一个线圈被配置为在所述断开转换期间承载在所述固定触头与所述可移动触头之间流动的所述电流的至少一部分。
12.根据权利要求2至11中任一项所述的开关系统，其中所述轭包括铁。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的开关系统，其中所述开关系统包括主路径(61)和与所述主路径平行的半导体路径(62)，并且其中所述真空断续器位于所述主路径中，并且其中在所述开关系统的所述闭合配置中，所述真空断续器被配置为经由所述主路径承载电流，并且其中在所述断开转换期间，所述电流从主路径至少换向到所述半导体路径。
14.根据权利要求13所述的开关系统，其中所述开关系统包括与所述主路径平行的电压限制路径(63)，并且其中在所述断开转换期间，所述电流从所述主路径换向到所述半导体路径和所述电压限制路径。
15.一种低压、中压或高压开关设备，包括至少一个根据权利要求1至14中任一项所述的开关系统。
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