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用于电气开关设备的启动和控制器件

基本信息

  • 申请号 CN00810270.8 
  • 公开号 CN1360729A 
  • 申请日 2000/06/20 
  • 公开日 2002/07/24 
  • 申请人 ABB研究有限公司  
  • 优先权日期  
  • 发明人 E·埃利 C·格梅 G·特斯蒂  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 瑞士苏黎世 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公司 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 王岳 
  • 有效性 期限届满 
  • 法律状态 权利转移
  •  

摘要

用于断开和/或闭合连接到电网并具有至少一个固定触点和至少一个可动触点的电气开关设备的启动和控制器件,包括操作上与可动触点连接并供给电源以执行断开/闭合操作的启动装置和用于探测所说网络的至少一相的电压和/或电流的测量装置,该启动装置包括操作上连接到可动触点具有位置控制的马达和电子控制和电源单元,该单元接收来自测量装置的信息,并且紧随操作指令向马达发送电信号以驱动马达,使可动触点的运动相对于预定的操作时间和所接收的信息是受控的。
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权利要求书


1.用于断开和/或闭合连接到电气网络并具有至少一固定触点和 至少一可动触点的电气开关设备的启动和控制器件,包括操作上连接 到可动触点并供给能量以执行断开/闭合操作的启动装置,用于探测 所说网络的至少一相电压和/或电流的测量装置,其特征在于所说的 启动装置包括有位置控制并在操作上与可动触点连接的马达,以及电 子控制和电源单元,该电子控制和电源单元根据操作指令接收来自所 说测量装置的信息,将电信号送至马达以驱动所说的马达使之该可动 触点的运动相对于预定的操作时间和所说的接收信息是受控的。

2.根据权利要求1的启动和控制器件,其特征为该断开和/或闭 合至少和该电气网络的一相同步的。

3.根据前面权利要求的一项或多项的启动和控制器件,其特征 为位置控制是由马达上的位置传感器执行的。

4.根据前面权利要求一项或多项的启动和控制器件,其特征为 所说的有位置控制的马达是旋转伺服马达。

5.根据前面权利要求的一项或多项的启动和控制器件,其特征 为所说的电子控制和电源单元包括: -计算装置,适合于预测由所说的测量装置探测到的那些值随后 相的电压和电流的零和最大值和计算被探测到的零值和最大值之间 的时间间期和被预测的相应值。

6.根据权利要求5的启动和控制器件,其特征为所说的电子控 制和电源单元包括含有有关负载类型,负载和网络中线接地的预定信 息的表装置,所说的表装置能输出指示相对于所说的预定信息的理想 操作结束时间的信号。

7.根据权利要求6的启动和控制器件,其特征为所说的电子控 制和电源单元包括计时器和接收输入的指令单元; -相对于电气网路是异步的操作指令; -指示理想操作结束时间的信号; -指示随继所预测的零或最大值的信号; 并且输出一相应的同步操作指令,该指令相对于所说的异步操作 指令迟后一时间期间,该时间期间同预定的操作时间以及所说的指示 理想操作结束时间和所预测的随后的零或最大值的信号有关。

8.高压电路开关器的极,其特征为它包括根据权利要求1至7 的一项或多项的启动和控制器件。

9.用于断开和闭合与之连接的电路的3极高压电路开关器,其 特征为对每个极它包括根据本发明权利要求1至7的一项或多项的启 动和控制器件。

10.用于断开和闭合与之连接的电路的3极高压电路开关器,其 特征为它包括根据本发明权利要求1至7的一项或多项的启动和控制 器件和用于连接所说的器件到该电路开关器的每个单极的机械部 件。

11.高压或中压断路器,其特征为它包括根据本发明权利要求1 至7的一项或多项的启动和控制器件。
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说明书

本发明涉及断开/闭合电气开关的启动和控制设备,例如电路开 关器,断路器以及类似器件,特别是电压高于1000伏的高和中档电 压的传输和/或配电网的启动和控制器件。
特别是,根据本发明的启动和控制器件,从机械和电气的观点看 都允许改善开关设备的机动动作,因而使开关设备的电气操作可以相 对于网络参数“同步”和可以重复。
根据本发明的这种器件特别适合 用在高压电路开关器,而现在参照这种应用所做的描述无论如何都不 会对它的应用范围构成限制。
已知,高压电路开关器的一个单极包括安装在支撑架上的第1柱 形支撑绝缘体,安装在所说的第1绝缘体上端的第2绝缘体,和中断 盒,具有由固定触点和可动触点构成的中断机制,位于所说的第2绝 缘体内部。
可动触点从操作上与启动杆相连接,它在第1绝缘体内从 可动触点至该柱的底座运转。
杆的启动是借助位于柱的底座上机壳内 的运动系统实现的,并在操作上与启动器件相连。
电路开关器的闭合和断开是根据诸如控制板或保护逻辑发送的 控制信号而进行的;特别是,这种信号被送至启动器件,引发从可动 触点的固定触点的接合和脱离。
就本领域的现在状况而言,当今所使用的启动器件,通常是机械 的或液压型的,其结构复杂并且依据于运动规则不可调节的原理工 作。
例如,机械启动器件一般使用二只弹簧,即闭合弹簧和断开弹簧, 一种限制冲击的冲击吸收器,用于该闭合弹簧的重装马达和允许将该 弹簧产生的运动转换成可动触点的平移运动的机械装置,重装断开弹 簧,并且使断开运动同闭合运动无关。
除了要求长而复杂的初始调节 的数量庞大的部件之外,一个严重的缺点在于可动触点的运动只由断 开和闭合弹簧的弹性特性所决定;用户不可以改变可动触点的运动规 则而是在设计时就已设定。
液压型的启动器件,其中可动触点的运动 是由适配的液压调节器来保证,可以部分地克服这些弊病,但是却有 着与液体存在相连系的,特别是由于它们的温度敏感性而引起的缺 点。
事实上,电路开关器的断开或闭合一般是与电气参数的相位不同 步的,也就是说,它们同电网没有任何时间上的关系;在大多数情况 下由于闭合期间的冲击现象和断开期间的再冲击现象这将导致电网 内的瞬态的发生。
特别是,根据电网内存在的负载类型,在一种非最 佳化运动时所进行的操作可能引发高频振荡现象,同电网的电气参数 的额定值相比具有高的幅度;例如,电流值可以比额定电流值高出几 个数量级。
这类瞬态给电网以巨大的受力并且有可能引发电子保护设 备的误功能动作,因而降低了与该电网连接的仪器的预期寿命,甚至 导致所说装备的关闭,严重影响连续供电,特别是工厂供电。
而且, 无论如何它们都使电路开关器的触点产生更大的磨损,结果降低了它 的使用寿命。
对启动器件运动规则没有控制也要求有缓冲器或冲击吸收器以 便在启动结束时消散残余动能和避免对电极的非受控影响。
而且,可 动触点定位中的精度受机械装置的限制,它由于弹簧的存在本身就不 准确。
由于有大量的部件,现有技术的设备要求维修以保持它们的规范 行为,并且通过补偿由于系统磨损和老化而引起的变化而确保启动的 可重复性。
启动的可重复性任何情况下都有着固有的限制。
而且,必须供给的能量高于移动该可动触点所严格要求的能量, 因为也需要移动开关设备的各种机械元件。
本发明的目标是提供一种启动和控制器件,用于电气开关设备, 例如电子开关器,断路器和类似器件,它允许以这样的方式控制该开 关设备的启动使之至少以一单相为参考,相对于该网的电气参数而言 同步执行断开或闭合操作,而不管从控制板或保护逻辑发送出指令的 瞬间。
当然,在相对负载类型,以及负载和网络中线到地连接,例如, 电容的零电压或反应性负载的峰值电压,已经设定理想释放时刻之 后,当触点的断开和接合处于该理想时刻附近的同步时间窗之内,使 得到的瞬为足够的低时,就可以认为其断开和/或闭合操作是同步 的。
在这一目标范围内,本发明的目的是为电气开关设备,例如电路 开关器,断路器和类似器件,提供一种启动和控制器件,对于存在的 不同类型的网络和负载,相对于电网的波形而言能获得操作的同步, 因而使它本身在使用中具有显著的灵活性。
本发明的另一个目的是为电气开关设备,例如电路开关器,断路 器和类似器件,提供一种启动和控制器件,对于所选择的不同类型的 开关技术它能保证所执行的操作的可重复性以及它的优化。
本发明的进一步的目的是为电气开关设备,例如电路开关器,断 路器和类似器件,提供一种启动和控制器件,它允许获得和电网波形 同步的操作,使之能够增加可靠性,同时又增加其中存在的设备的电 气和机械寿命。
本发明的另一个目的是为电气开关设备,例如电路开关器,断路 器和类似器件,提供一种已经降低了机械复杂性的启动和控制器件。
本发明还有一个目的是为电气开关设备,例如,电路开关器,断 路器和类似器件,提供一种启动和控制器件使之可能降低用于操作的 能量,因此可以优化调节器和供电系统的大小而从经济上受益。
本发明的另一个,但绝非最后一个目的是为电气开关设备,例 如,电路开关器,断路器和类似器件,提供一种启动和控制器件,它 是高度可靠的并且可以具竞争性的成本容易加工。
因此本发明涉及用于连接到电网并且具有至少一个固定触点和 至少一个可动触点的断开和/或闭合电气开关设备的启动和控制器 件,它包括操作上连接到该可动触点并供给能量执行断开/闭合操作 的启动装置,用于探测所说的网络的至少一个相的电压和/或电流的 测量装置。
根据本发明的该器件的特征是所说的启动装置包括操作上 连接到可动触点的有位置控制的马达和电子控制和电源单元,该单元 接收来自所说的测量装置的信息并且紧随操作指令将电信号送给马 达用于驱动马达使可动触点的运动受控于预定的操作时间和所说的 接收到信息。
因此设想的这种启动和控制器件允许准确地控制该开关设备的 启动并且使之取该电网的至少一个相为参考可实现同步的断开/闭合 操作。
这样,消除了电网的电压和电流瞬变,或者至少是尽可能多地 得到消除,因此降低了对装备存在的任何巨大受力。
而且,通过使用 有位置控制的马达,相对于现有技术的开关设备,该启动和控制器件 也明显地简化,因为它允许取消弹簧,重装闭合弹簧的马达和允许执 行切换周期的所有机械装置;相应地,尺寸减小而机动动作的可重复 性得到保障。
从下面某些优选实施方案的描述中本发明的进一步特点和优点 将变得明显,但是这些实施方案并非是断开和/或闭合电气开关设备 的启动和控制器件的唯一实施方案,此处只是用作附图中一种非限制 性展示实例,其中: 图1是根据本发明的器件的方框图; 图2是原理上展示使用在按本发明的器件中的电子控制和电源单 元的方框图; 图3是按照本发明装备的器件的高压电路开关器的一个电极视 图; 图4是按照本发明装备有单个启动和控制器件的三电极电路开关 器的视图; 图5是展示正常工作条件下相对时间的电压相位图; 图6是展示在瞬态存在下相对时间的电流相位图。
参照图1,根据本发明的启动和控制器件包括电子控制和电源单 元100,紧随操作指令1(例如来自操作员或保护系统)它启动具有 位置控制的马达2。
马达2在操作上通过适配的运动链5连接到电气 开关设备的可动触点3。
开关设备4,也包括至少一个固定触点8,本 身连接到电气网络30;测量装置31,例如电流或电压变压器,探测 所说的网络30的至少一个相的电压和/或电流。
位置控制一般是借助位于马达2上的位置传感器进行的,它向控 制单元100发送与所说的马达2运动相关的信息7。
位置控制也可以 通过可动触点的位置传感器进行,它向控制单元100发送与可动触点 3实际位置相关的信息。
所说的位置传感器可以只是一个限位开关, 它向控制单元100报告所要求的开关动作已经完成。
带有位置控制的马达2最好是用有位置传感器的旋转伺服马达构 成。
在这种情况下,马达和可动触点之间的连接通过一运动线对实 现,它能将驱动轴的旋转运动转换成可动触点的平移运动。
使用伺服 马达允许在很短的传递时间内获取高功率。
对于实际的功率,有进一 步可能和两个独立的控制参数(力矩和/或速度)相作用,从而允许 在设计时有较大的灵活性。
电子控制和电源单元100一般是由网络30直接供电。
但是,该 器件最好也具备有辅助能量累积电源系统101。
所说的系统,例如最 好用电容器电池构成,必须能储存和传递至少快速断开/闭合(DCO) 切换周期所要求的能量。
如此后详细描述的那样,借助于控制和电源单元100,可以驱动 马达2使可动触点3的运动受接收的操作指令的作用,能以预定操作 时间和可能被探测到的故障形式的一种简单灵活的方式加以控制,并 且执行与网络30至少一个相的电流和/或电压同步的断开/闭合操 作。
特别是,如图2所示,在根据本发明的器件的一种优选实施方案 中,电子控制和电源单元100包括计算装置11,它通过所说的测量装 置31接收跟踪网络电气参数的信息32;根据这一信息,也考虑到频 率的变化,谐波成分和单一相瞬态成分,计算装置11,通过合适的计 算,预示在这些被探测之后随继发生的相的电流和/或电压的零和最 大值。
此外,它们计算被探测到的零和最大值之间的时间和被预示的 那些值之间的时间,并且向计时器和指令单元36发送一指示信号 38。
此外,电子控制和电源单元100有利于包括表装置34,该装置 34包含涉及负载类型、电网、负载和中线网到地连接的预定信息,电 子控制和电源单元100将指示相对于所说的预定信息的理想的操作结 束时间送给计时器和指令单元36;而且,如应用要求的话,所说表装 置也可以包括有关网络30中线状态的信息。
在这种实施方案中,如 图5和图6所示,操作指令1被送至计时器和指令单元36,并且相对 电网,这是一种非同步指令。
计时器和指令单元36输出一相应的同 步起动操作指令37给马达2;为了识别执行该同步操作有用的第1 随即理想时刻,这种同步指令37相对非同步指令1被延迟时间期50, 该时间50是预定准称操作时间51和分别指示理想操作结束时间和预 示的随即的零或最大值的所说信号35和38的函数。
所希望的理想时 刻35对于消除与操作类型,负载和电网相关的操作瞬态来说无疑是 最佳时间,如图6所示,这一时刻在时间上不一定和零或和最大值相 吻合,但不管怎样却能确保其操作是在围绕该最佳时间的同步窗之内 执行的。
本发明的一个显著优点在于,通过使用有位置控制的马达2,有 关可动触点3运动的信息在每一瞬间被送至电子控制和电源单元 100,这样就可以执行正确的动作,如有必要,在机动动作期间,实 行实时控制和确保在预定的额定操作时间内操作的执行。
而且,马达 上(和/或可动触点3上)所执行的位置控制允许在开关动作的终点 对可动触点制动,因此消除使用冲击吸收器的必要性,并且也有大的 机动动作灵活性。
在制动操作期间能量的恢复也是可能的,因此降低 了整个能耗。
但是,假如在操作期间任意点上对正常行为的偏离变得突出而要 求明显的修正,该器件能够以自检方式改正预定的额定操作时间。
在 这种情况下,适合于在操作期间被监测的该额定操作时间重新相对新 的参考值加以定义;这一新的参考值显然被用于单元100。
在实际中已经注意到本发明的该器件完全可以实现规定的任务 和目标,使之可以控制开关设备的操作和执行根据受控运动规则的可 动触点3的启动,因此允许对最广泛不同类型的电气系统和它们当中 存在的负载,甚至在故障存在情况下都得到与电网同步的操作。
因此,就消除,或至少就明显地降低网络中电压和电流瞬变,以 及限制电动力和热应力而言,它具有显著的优点,随之对电网中存在 的仪表和开关设备本身均有明显的受益,有效地增加了它们的使用寿 命和可靠性。
根据本发明的器件便于应用到不同类型的电气开关设备,诸如电 路开关器,断路器以及类似器件,并且特别适合于高压电路开关器。
图3从原理上示出了一个高压电路开关器的实例,它包括根据本发明 的控制和启动器件,用标号200表示,它可以借助于杆26连接到可 动触点3,图中未示出。
如果电气开关设备是由用作断开和闭合与之连接的电路的3极高 压电路开关器构成,每个单极可包括根据本发明的启动和控制器件。
在这种方式中,通过适当地将电子控制和电源单元100编程,可以一 种非常灵活的方式提供同步断开或闭合动作。
例如,对电气网络30 的每一相使用测量装置31并且对每一相执行相互独立的同步操作。
作为选择,也可以仅对一相提供测量装置31,将它作为参考,并且假 定该网络是电气对称的,即每相是从120电气相位度的先前值漂移 的。
在一种进一步的实施方案中,示于图4,其3极电路开关器可以 有按本发明的单个启动和控制器件;在这样的环境下,该器件机械上 通过采用合适的杆24连接到该电路开关器的每单个极。
此时,有关 电网的信息是由单相上提供的测量装置给出。
实际中,已经发现根据 本发明的启动和控制器件完全达到了意想的目的,因为它允许通过控 制可动触点的运动规则改善了电气开关设备的特性。
除上述优点外,本启动和控制器件允许通过减少部件,减少校准 操作和消除可能增大冲击损坏的运动和受力而降低成本。
相应地其维 修费用也得以降低。
因此,所设想的本器件易于修改和变更,所有这些都在本发明概 念的范围之内;所有的细节可以进一步用技术上等效的元件代替。
实 际上,根据本领域的要求和状况,只要与特殊用途一致,所使用的材 料以及其尺寸均可以是任意的。
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