專利名稱：：中壓電路斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及限流中壓電路斷路器(currentlimitingmedium-voltagecircuit-breaker)o
背景技術(shù)：
：電力系統(tǒng)中的故障是不可避免的。除了故障附近的損害，由于電弧的影響，故障電流(也被稱為"短路電流，，)可以損毀設(shè)備，例如架空線、電纜、變壓器和開關(guān)裝置。故障電流斷路器(current-breaker)可以限制或者切斷故障電流。傳統(tǒng)的AC故障電流斷路器包括可動和靜止接觸部(contact)。當(dāng)發(fā)出開關(guān)打開命令之后，可動開關(guān)接觸部移開，因此在可動接觸部和靜止接觸部之間產(chǎn)生電弧。在電流的過零點，電弧熄滅。假如接觸部之間的絕緣距離大得足以消除接觸部之間的任何介質(zhì)擊穿，則電弧將不會點燃。如果這個距離太短，電弧將重新點燃，也就是說，這些開關(guān)中的電弧持續(xù)時間是電弧區(qū)域的絕緣距離、斷3各電流值和跳閘時間(trippingtime)的函數(shù)。電弧將持續(xù)直到過零點。多數(shù)已知開關(guān)沒有任何短路電流限制。然而，在電弧期間網(wǎng)絡(luò)釋放的熱和對接觸材料的侵蝕將取決于電流和電弧持續(xù)時間。電弧持續(xù)時間可以足夠長(平均時間為5毫秒)。最大電流可達(dá)^ax-LS'V^.^mi",其中A。m,n。/是標(biāo)稱額定電流。這導(dǎo)致接觸材料的深度腐蝕，并因此導(dǎo)致了設(shè)備的較短服務(wù)壽命，并且，最重要的是導(dǎo)致了較少數(shù)量的故障跳閘(faulttrip)。這些是設(shè)備的主要缺陷。在本
技術(shù)領(lǐng)域：
中，限流開關(guān)也是已知的，也被稱為"故障電流限制器"，其是一種不<旦換向(commute)額定電流和過載電流而且切斷流入保護(hù)電路的故障電流的電子設(shè)備。在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中使用限流開關(guān)可以避免置換現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和線路。限流開關(guān)的主要要求是在被保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)中對故障電流的絕對值的多重限制。為了達(dá)到操作規(guī)格要求，限流時間必須盡可能短(優(yōu)選地，,lim<0.8ms)。當(dāng)電能從電源(例如，變壓器)傳送到負(fù)栽時，網(wǎng)絡(luò)線路的機(jī)械強(qiáng)度都要適應(yīng)于額定電流和故障電流。當(dāng)在自然過程和發(fā)展期間功率消耗增加因而需要額外的變壓器和發(fā)電機(jī)時，故障電流增加，因此要求比較高的網(wǎng)絡(luò)電動穩(wěn)定性和線路和設(shè)備的可能的升級。各種類型的故障電流限制器，例如無源限制器、固態(tài)限制器和混合故障電流限制器在本領(lǐng)域中已知曉。(例如，參見G.Tang和M.R.Iravani在2005年6月19-23日的theInternationalConferenceonPowerSystemsTransients(IPST'05)inMontreal,Canada會議上發(fā)表的論文No.IPST05-158;以及CIRGE數(shù)據(jù)R印ortNo.239ofDecember2003ofWorkingGroupA3.10關(guān)于"FaultCurrentLimitersinElectricalMediumandHighVoltageSystems(電氣中壓和高壓系統(tǒng)中的故障電流限制器)")。圖1示出混合故障電流限制器的電路原理圖，該混合故障電流限制器包括與負(fù)載開關(guān)并聯(lián)的超快轉(zhuǎn)換開關(guān)Sl,該負(fù)載開關(guān)與具有正溫度系數(shù)(PCT)的低電感非線性電阻器串聯(lián)。同樣跨越轉(zhuǎn)換開關(guān)兩端連接的是與晶閘管橋串聯(lián)耦合的快速作用分離器，該晶閘管橋可以基于例如門極可關(guān)斷晶閘管(gate-turn-off,GTO)或者集成的門極換向晶閘管(GCT)。三個開關(guān)是機(jī)械的，且在系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作期間所有三個開關(guān)為閉合且橋中的GTO晶閘管為門極導(dǎo)通。當(dāng)故障發(fā)生時，超快機(jī)械轉(zhuǎn)換開關(guān)在幾百微秒內(nèi)打開，并且將持續(xù)上升的電流轉(zhuǎn)換向到換向路徑，該換向路徑由與半導(dǎo)體放電電子開關(guān)串聯(lián)的分離器組成。半導(dǎo)體放電電子開關(guān)為轉(zhuǎn)換開關(guān)提供時間延遲，以恢復(fù)到特定的承受電壓并隨后被切斷，迫使電流進(jìn)入由非線性電阻器組成的限制路徑。在電阻器被明顯加熱前如此限制電流，斷路器被打開以使半導(dǎo)體與持續(xù)升高的電壓隔絕。最終，具有不到半個周期的打開時間的負(fù)載開關(guān)在第一過零點切斷故障電流。在故障檢測和電流限制之間的時間延遲可以小于1毫秒?；旌瞎收想娏飨拗破鞯娜秉c與運(yùn)動復(fù)雜性、元件的高價格、相對低的標(biāo)稱電壓(通常，達(dá)到15千伏)以及設(shè)備的無效特性有關(guān)。在本
技術(shù)領(lǐng)域：
中，同步開關(guān)也是已知的(例如參見，Electriccontroldevices(電子控制i殳備)，pp.430，431,"VyshayaShkola"PublishingHouse,Moscow,1969)，其是將額定電流、過載電流以及流入保護(hù)電路的故障電流進(jìn)行換向的電氣裝置。通過使用這樣一種設(shè)備，流入保護(hù)電路中的電流在4妾近過零點被切斷(例如<1毫秒)。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其中提供了一種用于電路斷路器的快速作用開關(guān)機(jī)構(gòu)，所述快速作用開關(guān)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動桿，其被關(guān)節(jié)式連接(articulate)至驅(qū)動模塊，并在所述驅(qū)動桿的末端支撐接觸橋，所述接觸橋在其相對的端部具有各自的可動接觸部，用于可開關(guān)地接合電路斷路器的一對固定接觸部；接觸彈簧單元，其可操作地耦合至驅(qū)動模塊，以施加約200Kg的總的閉合壓力；和閂鎖裝置(latch),其用于在斷路器工作后將驅(qū)動桿閂鎖在打開或者閉合位置并防止反彈；其中，接觸橋包括一對側(cè)置導(dǎo)體，所述側(cè)置導(dǎo)體在其上方邊緣支撐框架(armature),所述框架具有在框架的相對的端部支撐所述可動接觸部的暴露的上表面；和加固元件，其被插在側(cè)置導(dǎo)體之間；使得當(dāng)電流通過接觸橋時，由側(cè)置元件產(chǎn)生的對應(yīng)磁通量在側(cè)置元件之間的區(qū)域內(nèi)相互抵消，因此實質(zhì)上沒有磁通量通過加固元件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種具有快速作用開關(guān)機(jī)構(gòu)的低成本中壓電路斷路器。在一種實施方式中，電路斷路器操作為用于切斷工作電流和故障電流的限流開關(guān)，以提供對短路(故障)電流絕對值的多重限制。在另一實施方式中，斷路器操作為同步開關(guān)。在本申請和所附權(quán)利要求范圍內(nèi)，術(shù)語"中壓"包含在大約1至55千伏范圍內(nèi)的電壓。附圖簡要描述為了理解本發(fā)明，并知道如何在實踐中實現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)參考附圖，僅通過非限定性實例來描述實施方式，其中圖1是已知的混合故障電流限制器的電路圖2是根據(jù)本發(fā)明的限流實施方式的單相電路斷路器的示意圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的圖2所示的快速作用開關(guān)機(jī)構(gòu)和接觸裝置的功能示意圖4示出當(dāng)閉合時主電路斷路器接觸部的細(xì)節(jié)；圖5和圖6示出可如何加固接觸橋的機(jī)械強(qiáng)度的示意性實例；圖7示出環(huán)繞兩個鄰近的平坦的平行母線的工作磁通量；圖8示出圖7所示的母線周圍的總磁場；圖9a、9b和9c示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的具有內(nèi)部高強(qiáng)度加固的強(qiáng)電流橋式接觸部；圖IO示出已知的電動裝置(EDD);圖11示出已知的三線圈EDD;圖12示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的在開關(guān)機(jī)構(gòu)中使用的驅(qū)動模塊的細(xì)節(jié)圖13a和圖13b示出在接觸彈簧模塊中使用的彈簧裝配的細(xì)節(jié)；圖14示意性示出如圖13所示的三角形片簧的操作；圖15a和15b示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的盒式低慣性動力彈簧(cassette-typelow-inertiapowerspring);圖16a、16b和16c示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的閂鎖裝置的細(xì)節(jié)；圖17示出可被根據(jù)本發(fā)明的電路斷路器所使用的已知DC旁路電路；圖18和圖19示出已知的AC旁路電路；圖20至26示出根據(jù)本發(fā)明各種實施方式的高壓旁路電路(HVBC);圖27示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的中壓電路斷路器的絕緣介質(zhì)電弧熄滅包裝罩。實施方式的詳細(xì)描述圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實施方式的多相電路斷路器的一個極(pole)10的電路圖。通常，n極中壓AC電路斷路器有n個相同的獨立開關(guān)，也就是說，每相有一個獨立開關(guān)。例如，三極開關(guān)包括三個同等的獨立相。電流傳感器11(CS)連接進(jìn)AC線路12中，用于測量AC線路電流，并向傳感器電子板(SEB)13饋送指示該AC線路電流的信號。SEB分析(CS)信號，以進(jìn)行故障情況檢測，并在有故障的情況下提供觸發(fā)信號給脈沖功率單元(PPU)14,以操作快速作用開關(guān)機(jī)構(gòu)(FAM)15，該快速作用開關(guān)機(jī)構(gòu)打開連接在AC線路中的接觸器(contactor)17的接觸部16。SEB13也饋送觸發(fā)信號給晶閘管橋18，該晶閘管橋18跨越接觸器17兩端耦合且包括兩個并聯(lián)支路BC1和BC2,這兩個并聯(lián)支路各自具有多個串聯(lián)連接的晶閘管19，各個支路中的晶閘管為相反的極性，以便在AC電壓的一個半周期期間電流流經(jīng)一個支路，而在另一個AC半周期期間電流流經(jīng)另一個支路。同樣跨越接觸器17兩端連接的是兩個并聯(lián)支路，每一支路包含與各自的換向電容器21(也表示為C1和C2)串聯(lián)連接的半導(dǎo)體放電電子開關(guān)20,使得每一支路中的半導(dǎo)體放電電子開關(guān)20具有相反的極性，以便在AC電壓的一個半周期期間電流流經(jīng)一個支路，而在另一個半周期期間電流流經(jīng)另一個支路。最后，多個變阻器22跨越接觸器17兩端連接。半導(dǎo)體放電電子開關(guān)20、換向電容器21和變阻器22共同形成電流和過壓限制功率單元23。已經(jīng)描述了電路斷路器的布局，現(xiàn)在描述電路斷路器的操作。來自電流傳感器11的電流信號i(t)供給SEB13。SEB提供電流變化di/dt和電流i(t)的指示值，其在短時間周期(可調(diào)節(jié))內(nèi)被監(jiān)測，并與參考值比較，以檢測故障電流并避免故障檢測。在故障電流檢測的情況下，SEB13觸發(fā)脈沖功率單元14,脈沖功率單元操作開關(guān)機(jī)構(gòu)15FAM,以打開接觸器17的接觸部16，當(dāng)被快速開關(guān)機(jī)構(gòu)15施加力時，接觸部16中的可動主接觸部將從固定接觸部移開。一旦發(fā)生這一情況，根據(jù)電流的方向，其中一個支路(不是兩個)中的晶閘管19將打開，電流從接觸裝置轉(zhuǎn)移至旁路電路(BC)中相應(yīng)支路的晶閘管。功率單元23的一個支路中的半導(dǎo)體放電電子開關(guān)20將根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的電流方向在各自的支路中打開，并且各自的換向電容器C1或C2開始以與斷^各電流(故障電流)流動方向相反的方向》文電。電容放電電流略高于短路電流。由于"換向電容-旁路電路"的環(huán)路自諧振頻率以KHz為單位測定，放電電流將在數(shù)毫秒內(nèi)抵制和達(dá)到短路電流值。為了確保晶閘管鎖止，電容放電至零的時間將被假定》0.1s(其為鎖住旁路電路晶閘管所要求的時間)。然后，隨著電流流過，電容器21開始充電，直到電容器電壓達(dá)到網(wǎng)絡(luò)電壓。在這一點，也叫做限流點，流經(jīng)開關(guān)的故障電流不再增加，并降至零。從這點起，電流不再流過電容器，而斷路電流將流經(jīng)變阻器，直至減小至零。圖3示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的連同快速作用機(jī)構(gòu)15—起的接觸器17。本實施方式適用于限流電路斷路器和同步開關(guān)。接觸器包括一對固定接觸部41和可動接觸橋42,固定接觸部通過供給端子而被連接到AC線路，可動接觸橋在其相對的端部支撐接觸部43，并可由開關(guān)機(jī)構(gòu)15移向或遠(yuǎn)離固定接觸部41，以便使之與固定接觸部41進(jìn)行接觸或斷開接觸。圖中示出接觸部41和43處于開關(guān)的閉合位置?？蓜咏佑|橋42固定至可動驅(qū)動桿44上，可動驅(qū)動桿由高強(qiáng)度絕緣材料形成并被滑動支撐在導(dǎo)軌45內(nèi)。由包含有處于低壓狀態(tài)的致冷劑的導(dǎo)熱密封管和支撐性散熱片形成的熱管46布置在靠近固定接觸部41和可動接觸部43的各個接合點的位置。來自接觸部的熱被致冷劑吸收，致冷劑沸騰和蒸發(fā)，因此沿著熱管上升，在那里致冷劑重新冷凝和回落。這種熱管因此提供用于將由接觸式開關(guān)產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)離開接觸部的連續(xù)的循環(huán)機(jī)構(gòu)?？焖僮饔瞄_關(guān)機(jī)構(gòu)15包括驅(qū)動模塊47,其配置成產(chǎn)生牽引(拉)力(F5);接觸彈簧單元48,其用于產(chǎn)生約200Kg(即100Kg/接觸部)的接觸壓力；和閂鎖裝置49，其用于將開關(guān)閂鎖在OFF的位置。驅(qū)動桿44(例如帶絕緣肋，insulationrib)的橫截面以及在接觸橋42和快速作用驅(qū)動模塊47之間的距離被設(shè)計成具有足夠的間隙，以確保快速作用驅(qū)動元件接地。接觸裝置被構(gòu)造成滿足下述主要要求1.最小可動接觸部質(zhì)量，即，接觸部的可允許的電流密度片I/S(A/mm勺應(yīng)盡可能高。2.接觸橋42應(yīng)持有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以確保大電流高速開關(guān)所要求的性能。為了滿足第一要求，熱管46可安裝在固定接觸部41處，并盡可能地靠近接觸點，以從這些接觸點提取熱(即增加可動接觸部的可允許電流密度J)。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在Vh-24kV,Ih=2,500A的填充有SF6的高速限流開關(guān)中，當(dāng)利用固定接觸部處的熱管從接觸點提取熱，且》40A/mm2，而彈簧模塊產(chǎn)生的接觸壓力為Fet=2,000N時，接觸橋42和接觸部43—起須具有30g的組合質(zhì)量。不帶有安裝在固定接觸部處的熱管，電流密度將為J《5A/mm2，對應(yīng)于已知開關(guān)的電流密度，并且這種情況的可動接觸部質(zhì)量將不會小于240g，其要求相對較高的驅(qū)動功率、質(zhì)量和價格。為了滿足第二個要求，接觸橋42必須在所要求的機(jī)械強(qiáng)度具有最小的可允許質(zhì)量。為了防止接觸部41和43熔接，大電流(Ih=1600A—2500A)開關(guān)的接觸壓力Fct必須達(dá)到幾千牛頓。在這種情況下，在接觸橋上的總的桿壓力Fi:變成雙倍，因為F^2Fct。圖4示出當(dāng)閉合時接觸部的細(xì)節(jié)。固定接觸部41具有相互間隔A，其界定接觸橋42的有效長度并且由非傳導(dǎo)性介質(zhì)(空氣，SF6氣體等)和開關(guān)的額定電壓來限定?？蓜咏佑|部質(zhì)量可考慮成實質(zhì)上包括接觸橋42,因為，大致上，接觸部43的焊接質(zhì)量可忽略。為了降低接觸橋42的質(zhì)量，它的橫截面和有效長度A應(yīng)盡可能小。有效長度A的值由于給定額定和非傳導(dǎo)介質(zhì)的電路斷路器而不能減少。因為銅是好的電流導(dǎo)體，橋橫截面的幾倍減少不成問題，并且施加額定電流時將不會出現(xiàn)橋的過熱。然而，銅具有差的機(jī)械特性，且因此以幾倍減少橋的橫截面積，在如圖中所示的大驅(qū)動力Fs的作用下，橋彎下來。通過加強(qiáng)橋的制造材料肋來改善銅接觸部的機(jī)械強(qiáng)度的現(xiàn)有嘗試已經(jīng)碰到了失敗?；旧希ㄟ^將高強(qiáng)度材料板(例如鋼)附著在如圖5所示的橋的側(cè)表面上，或者通過將橋放置在例如圖6所示的由鋼制成的保持件中，可以改進(jìn)接觸橋的機(jī)械強(qiáng)度。然而，在大于lkA額定的AC電路中，諸如鋼的高強(qiáng)度^f茲性材料和諸如不銹鋼或鈦的非磁性導(dǎo)體將被流過不同材料之間的接合點的渦流引起的各種磁場加熱。這種熱不利于減少橋的橫截面以便減少其質(zhì)量。已知的接觸部設(shè)計基于這樣的假設(shè)相同尺寸的兩個平坦的平行母線之間的磁通量幾乎完全抵消，條件是，流入母線的電流具有相同的值和方向，同時，母線高度H遠(yuǎn)大于它們之間的距離A，如圖7所示。因此，組合磁場將如圖8所示。應(yīng)注意，圖7所示的元件102與根據(jù)本發(fā)明的接觸橋有關(guān)，而不是與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)。從下文描述中，這一點的重要性將變得顯然。圖9a、9b和9c是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的接觸橋的細(xì)節(jié)的正交視圖。此實施方式適合用在限流電路斷路器和同步開關(guān)中。接觸橋42包括一對平坦的平行的側(cè)置導(dǎo)體101，其上邊緣支撐框架103，相應(yīng)的接觸部43被焊接在框架103的另一端。例如由諸如鋼的磁性材料或鈦形成的加固元件102插入在側(cè)置導(dǎo)體101之間，所產(chǎn)生的夾層結(jié)構(gòu)(sandwichstructure)通過銷104被固定住。這樣的設(shè)置允許利用高強(qiáng)度加固元件將力Fs從桿傳遞至焊接的接觸部，并且橋的機(jī)械上差的傳導(dǎo)部分(銅母線)因此減輕機(jī)械負(fù)載。這種設(shè)置利用了此事實由于參考圖8的上述解釋的原因，在側(cè)置導(dǎo)體101之間的空間中凈磁場為零。這意味著沒有磁場通過加固元件102,如圖7中所示所述加固元件位于側(cè)置元件之間的區(qū)域中，所述區(qū)域的凈磁通量為零。從前述描述顯現(xiàn)出根據(jù)本發(fā)明的接觸裝置和本領(lǐng)域已知接觸裝置之間的主要區(qū)別如下1.大電流高速AC橋式接觸部具有由導(dǎo)體材料制成的載流元件和由高強(qiáng)度材料(包括磁性導(dǎo)體)制成的加固元件，使加固元件位于載流元件之間并位于分開的載流元件的磁場幾乎完全抵消的區(qū)域。2.如上的大電流高速AC橋式接觸部，其中載流元件制成為在邊緣上具有焊接的接觸部的相同大小的兩個平行的平坦的母線，且加固元件是放置在載流元件之間的高強(qiáng)度磁導(dǎo)體板(鋼)或非磁電流導(dǎo)體(鈦)。3.熱管安裝在固定接觸部處，并盡可能接近接觸點，以便從這些點提取熱，因此允許可動接觸橋42中的可容許電流密度J增加。開關(guān)機(jī)構(gòu)(FAM)15應(yīng)滿足下面的要求1.驅(qū)動啟動時間t。p(即從關(guān)斷命令到開關(guān)接觸部釋放的開始時刻的時間)應(yīng)盡可能小(《O.lms)2.從接觸部釋放的開始到獲得確?？煽繐Q向必需的間隙5的接觸部行程時間Ts應(yīng)盡可能短(《0.5ms)3.在打開開關(guān)期間一旦接觸部達(dá)到間隙5后，應(yīng)進(jìn)行無沖擊制動(shock-freebraking),以避免淵匕閘反彈(trippingrebound)和4妄觸部的重新橋接。4.當(dāng)接觸部斷裂時，它們應(yīng)可靠地被安裝。5.由可動接觸橋42對固定接觸部41產(chǎn)生的接觸壓力Fct應(yīng)與開關(guān)的額定電流、短路能力和保護(hù)特性相一致。6.當(dāng)閉合接觸部時不允許反彈。7.當(dāng)操作的時候，開關(guān)機(jī)構(gòu)15的功率消耗應(yīng)僅可能低。8.FAM應(yīng)允許多個操作和自動重閉合。9.FAM不應(yīng)暴露于保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的高電壓。10.FAM應(yīng)允許打開開關(guān)，即使在網(wǎng)絡(luò)中有短路電流。要求1需要無故障且基本上無松弛FAM運(yùn)動系統(tǒng)。要求2需要由驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生預(yù)定的力Ft。平均的Ft可由已知公式確定「2w5例如，對于開關(guān)接觸裝置殼，具有5大氣壓力的SF6氣體(Vi^24Kv),In=2,500A),且t=t5=0.5*10-3s,間隙5=0.5*l(T3m(正如根據(jù)絕緣性質(zhì)所要求的)，以及可動部件的最小質(zhì)量M=ME=0.2kg，平均Ft由下式給定F=2x3匿(0.5xlO-3)2考慮Ft的值，要求3僅請求無沖擊制動，否則將發(fā)生反彈。而且，這將使要求8更加難以得到。滿足其它要求將依賴于如各自標(biāo)準(zhǔn)中陳述的對高電壓和高電流裝置的通常技術(shù)要求。驅(qū)動模塊47設(shè)計成沿著工作行程產(chǎn)生牽引力Ft，并且驅(qū)動模塊47是本發(fā)明的重要特征。電動式裝置(EDD)可用作基本的結(jié)構(gòu)，該電動式裝置廣泛用于功率電子設(shè)備以基于導(dǎo)體電流相互作用而產(chǎn)生Ft和工作行程。應(yīng)注意，F(xiàn)t、5、以及質(zhì)量的大數(shù)值要求EDD的可動部件的較高材料強(qiáng)度，這反過來要求Ft盡可能是常數(shù)，即Ft二Fav常數(shù)(在這種情況，F(xiàn)賺將是最小值)。然而，已知的EDD不能夠完全滿足這些要求。圖IO示意性示出已知的EDD,其包括第一線圈lll和第二線圈112,所述線圈形成提供下降的F5的各自的電磁部件，其特征在于以箭頭所示方向流過兩個線圈的電流產(chǎn)生相互排斥磁場，當(dāng)開關(guān)閉合期間兩個線圈相遇時，相互排斥磁場可減小影響。當(dāng)在開關(guān)打開期間接觸部被分開時，這種EDD不是自制動的，且要求另一裝置來制動可動質(zhì)量。傳統(tǒng)的EDD的主要缺陷是，其牽引力在線圈繞組中以高di/dt產(chǎn)生，即它們基本上僅工作在峰值脈沖上升過程，且因此具有低效率因子。圖11示意性示出已知的三線圈EDD，其具有兩個固定線圈121、122和位于它們之間的可動線圏123。雖然夠能在幾乎整個電流脈沖期間工作(其提高性能因子)并具有自制動特征，但它們也具有下降的F5特性。應(yīng)注意，三線圏EDD可具有近似常數(shù)Ft,條件是在線圏中的合適的電流極性下，它的固定線圈121排斥移動線圈123，同時固定線圈122吸引移動線圏123。然而，這基本上排除了自制動，因為它要求至少在線圈122中使電流方向反向，以便現(xiàn)在排斥運(yùn)動線圈123而不是吸引它。這是困難的，因為線圏122的電感對抗電流的突然變化，且需要在在可動線圏123仍在移動時的很窄的時間幀內(nèi)產(chǎn)生期望的電流反轉(zhuǎn)。這種已知設(shè)備因此不能用在采用無故障直接動力驅(qū)動的高壓快速作用限流開關(guān)中，所述無故障mechanism)。與此相反，根據(jù)本發(fā)明的快速作用開關(guān)機(jī)構(gòu)15當(dāng)短路故障期間閉合時不需要快速的跳閘機(jī)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，快速作用開關(guān)機(jī)構(gòu)操作如下。當(dāng)開關(guān)如圖3所示閉合時，所要求的接觸橋42對固定接觸部41的接觸壓力Fct由接觸彈簧單元48形成。接觸彈簧單元保持接觸橋位于閉合的位置。當(dāng)開關(guān)打開，驅(qū)動模塊47施加牽引力Ft以驅(qū)使接觸橋42離開固定接觸部41。因為Ft〉>Fct,接觸彈簧單元48將不會阻止接觸橋42跳閘，因此在驅(qū)動桿的牽引過程中，不需要至今為止提出的裝置中必需的快速跳閘機(jī)構(gòu)將接觸彈簧單元48從驅(qū)動桿44斷開。當(dāng)接觸橋42移開達(dá)到要求的距離5，其通過閂鎖裝置49被保持在打開的位置。開關(guān)機(jī)構(gòu)15—直保持在此位置，同時開關(guān)是打開的。為了閉合開關(guān)，閂鎖裝置49釋放驅(qū)動桿44,驅(qū)動桿在接觸彈簧單元48的影響下開始移動，之后，固定接觸部41被接觸單元42橋接，如此閉合了電路，并且驅(qū)動模塊47的可動部件被設(shè)置至"開始"位置。這樣，驅(qū)動模塊47被動力地轉(zhuǎn)換至準(zhǔn)備打開的位置。如果在短路電流狀況期間開關(guān)被閉合，電流傳感器11觸發(fā)驅(qū)動模塊47。由于由驅(qū)動模塊47產(chǎn)生的牽引力Ft遠(yuǎn)大于由接觸彈簧單元48產(chǎn)生的彈力Tct,因此開關(guān)被打開，且短路電流因此中斷。不需要自動跳閘釋放。圖12示出具有固定在殼132內(nèi)的排斥線圈131的驅(qū)動模塊47的細(xì)節(jié)，殼132固定地安裝在電路斷路器內(nèi)，以便當(dāng)驅(qū)動桿44在殼132內(nèi)移動時，由驅(qū)動桿支撐的接觸橋42相對于固定接觸部41移動。致動線圈(actuationcoil)133支撐在樞軸環(huán)(pivotring)134上，該樞軸環(huán)適合于嚙合驅(qū)動桿44，因此當(dāng)致動線圈133在殼內(nèi)移動時引起驅(qū)動桿44的移動。加速線圈135可滑動地安裝在驅(qū)動桿44上，以便當(dāng)開關(guān)閉合時相對于驅(qū)動桿移動，且最初被通過輕型彈簧136保持在殼132的環(huán)狀軸襯137上(構(gòu)成保持裝置)。制動線圈138固定在殼132的底座上，且環(huán)狀軸襯139用作保持致動線圈133和加速線圈135之間的最小間隙的隔離件。驅(qū)動模塊47操作如下。在圖12所示的正常即無故障情況下，由接觸部41、43形成的開關(guān)在接觸彈簧單元的作用下是閉合的，沒有功率供給驅(qū)動4莫塊47,致動線圈133位于排斥線圈131附近，且加速線圏135被彈簧136推進(jìn)到開始的最上端位置。該處仍然存在由設(shè)計和制造公差限定的線圈之間的微小的間隙(例如0.5mm)。在圖12所示的閉合位置，力口速線圈135?？吭谟蓺?32內(nèi)的環(huán)狀軸襯139形成的隔離件上，因此通過"加速間隙(speedingclearance)"51將線圏133和135隔開。線圏135和138由"制動間隙(brakingclearance)"52隔開，52大于51,例如為其2倍。為打開開關(guān)，電流脈沖Ipuke同時施加到排斥線圏131、致動線圈133和加速線圈135。線圏133和135中的電流極性設(shè)置成^f吏得在打開開關(guān)期間，致動線圈133被排斥離開固定的排斥線圏131，并被吸引向加速線圈135。驅(qū)動桿44不是均一直徑，而是具有稍微窄的上部分，該稍微窄的上部分界定了當(dāng)電路斷路器閉合時(如圖2所示)，嚙合樞軸環(huán)134的外圍脊(peripheralridge)。在這種情況下，殼132內(nèi)的樞軸環(huán)134和致動線圈133的向下運(yùn)動相對于殼向下推動驅(qū)動桿44，因此，將電路斷路器接觸部41和43分開。只要排斥線圈131和致動線圈133之間的間隙增加，由排斥線圏131對致動線圈133產(chǎn)生的推進(jìn)力會下降，推進(jìn)力下降幾乎正比于間隙，同時致動線圈133對加速線圈135的吸引力的增加幾乎正比于排斥線圈131和致動線圈133之間的間隙，假設(shè)該間隙遠(yuǎn)小于兩線圈的繞組的平均直徑。如果線圈131和135的安培繞組是一樣的，則所施加到致動線圏133上一樣的所產(chǎn)生的吸引力Ft大致上可假設(shè)為常數(shù)。相應(yīng)地，在致動線圏133移動經(jīng)過加速間隙51期間，擱置在驅(qū)動桿44的外圍脊上的致動線圏133以等加速度推動驅(qū)動桿44,從而以等加速度推動固定到驅(qū)動桿的接觸橋42,這是確保驅(qū)動模塊47的最優(yōu)操作所需要的。當(dāng)致動線圈133經(jīng)過加速間隙51時，其嚙合加速線圈135,且兩者逆著彈簧136的微小的力，開始相對于固定的殼132—前一后地移動，彈簧136因此壓縮。從此刻起，致動線圏133停止加速，由此引起吸引力Ft和速度的快速地成倍下降。由制動線圈138施加的效果產(chǎn)生了作用在線圏133和135上的制動力Fbr。結(jié)果，線圏133和135、驅(qū)動桿44和接觸橋42的移動減緩下來。當(dāng)線圈133和135靠近制動線圏138時，制動力Fbr增加，同時殼132內(nèi)的可動部件的速度也進(jìn)一步下降。當(dāng)相鄰的線圈133、135和制動線圈138之間的間隙小于相鄰的線圈133、135和排斥線圈131之間的間隙時，制動力Fbr相當(dāng)多地超過吸引力Ft,因此引起相鄰線圈133、135減速,且因此引起驅(qū)動桿44減速。結(jié)果，殼132內(nèi)的驅(qū)動模塊47的可動部件和驅(qū)動桿44的速度急劇下降。這得益于接觸彈簧單元48的增加的壓縮量，直到在某個點，可動部件的速度減少到零為止，這時，驅(qū)動桿44到達(dá)瞬間靜止。然而，由于Fb^〉Ft,驅(qū)動桿的可動部件現(xiàn)在開始朝著固定的接觸部41以向上的方向移動。此時，閂鎖裝置49阻止驅(qū)動模塊47的可動部件，以便將接觸橋保持在離開固定接觸部41的打開的位置。為了減少打開開關(guān)的時間，制動線圈138應(yīng)僅當(dāng)制動需要開始時才被激勵。因此形成了如下的驅(qū)動模塊47的有區(qū)別性的特征1.致動線圏133位于排斥線圈131和加速線圈135之間，并由于基本上不變的磁場而在加速期間產(chǎn)生基本上不變的吸引力。2.在制動階段，在致動線圏133嚙合加速線圈135之后，它們共同地靠近制動線圈138,由此產(chǎn)生制動效果。接觸彈簧單元48可以是盒式的低慣性動力彈簧，在開關(guān)閉合期間其施加接觸壓力給接觸橋42。比較而言，在典型的現(xiàn)有技術(shù)配置中，開關(guān)機(jī)構(gòu)15中的彈簧質(zhì)量與它的其余可動部件的總質(zhì)量是可比較的，有時甚至更高。這增加了可動部件的慣性，并且不利于形成具有所要求的動力學(xué)特性的驅(qū)動模塊，正如本發(fā)明使用更低慣性彈簧所實現(xiàn)的。為了提供具有所要求的動力學(xué)特性的驅(qū)動，應(yīng)使用高強(qiáng)度動力彈簧(F=l,OOON-10,OOON)，其慣性數(shù)倍地低于多數(shù)廣泛應(yīng)用的現(xiàn)有技術(shù)的線圈螺旋式圓柱體彈簧(coilhelicalcylinderspring)的慣性。如已知的，彈簧的慣性可利用所謂的"動力學(xué)比"來計算5其中-.Fm是彈簧沿著它的工作行程的平均力；f是彈簧的工作行程；M^是彈簧靜態(tài)質(zhì)量；fcg是在工作行程f期間彈簧重心的位移。Kd的物理重要性是它的分子表示如可以被彈簧執(zhí)行的功，同時分母是彈簧的慣性特性，其是在工作行程f期間重心處的彈簧質(zhì)量和這個質(zhì)量的位移的乘積。因此，Kd的絕對值越大，彈簧的慣性越小。如已知的，比率丄普遍影響了任何彈簧的慣性。為了比較的目的，表l示出對包括螺旋式圓柱體彈簧的各種彈簧設(shè)計在相同的F^f值時(即相同的彈簧估支功能力)的f/fcg和Kd的值。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>從表1可看出，三角形片簧具有比螺旋式圓柱體彈簧小4.3倍的慣性，且具有比矩形片簧小5.4倍的慣性。因此，如圖13a和13b中示意性示出的三角形片簧應(yīng)該用作低慣性動力彈簧的基本元件。應(yīng)注意，三角形的底座固定在支撐上，且負(fù)載f垂直于彈簧平面而施加到角頂點。當(dāng)審閱表l時，應(yīng)考慮到，表中的值在彈簧具有最小應(yīng)力集中時是有效的，該最小應(yīng)力集中涉及到剪應(yīng)力(對于線圏螺旋式圓柱體彈簧)和彎曲應(yīng)力(對于矩形和三角形片簧)。低應(yīng)力集中僅對于具有相對小的線直徑(d<3mm)的線圏螺旋式圓柱體彈簧和低厚度材料(h<lmm)的片簧是可能的，而這兩種情況下，都是相對低的彈簧力。較高值的d或h將降低彈簧材料內(nèi)部層的性能，導(dǎo)致應(yīng)力集中在外層和較大的彈簧質(zhì)量。因此，高Kd高強(qiáng)度低慣性動力彈簧僅可制成具有較大數(shù)量(例如幾十個)的并聯(lián)的基本元件的復(fù)合(盒式)彈簧。合適的盒式低慣性動力彈簧的制造基于下述考慮1.負(fù)載F通常以直線施加到彈簧，并且在彈簧的工作行程期間這條線從來沒有從它的初始位置移開。2.作用力(effort)通常通過沿著其縱軸行進(jìn)的一種桿傳遞至彈簧。3.高度優(yōu)選的是驅(qū)動桿無徑向應(yīng)力，徑向應(yīng)力在彈簧工作期間會引起它的阻塞。而且，必須考慮如圖13a和13b所示的三角形片簧的特別特征，即在任何彈簧變位f，它的自由端移動至臨界點"a"，使得連接彈簧固定點和點"a"的線位于與水平線成a角到5%的偏差之內(nèi)，如圖14所示，a是彈簧的幾何參數(shù)和f值的函數(shù)。這種彈簧適合用在限流電路斷路器和同步開關(guān)這兩者中。例如圖15a和15b所示的盒式低慣性動力彈簧滿足這些考慮，其包括適于沿著垂直軸移動的桿161。接觸隔離件162直接接觸一系列三角形片彈簧163的各自的角頂點，在如圖15b所示的平面圖中，這些三角形片彈簧163被設(shè)置成圓的相互鄰近的扇區(qū)。環(huán)狀盒164支撐三角形片彈簧163的各自的邊緣，且三角形片彈簧對著頂點位于其底座，以便每個片彈簧163的各自的邊緣固定至盒的內(nèi)圓周。當(dāng)處于去載狀態(tài)時，片彈簧與盒164相附著的線的切線與垂直線成a角。當(dāng)在負(fù)載下彎曲時，它們不得穿過盒的平面。在這種情況下，片彈簧的角頂點幾乎平行于桿161的軸移動，這確保了在桿上沒有徑向應(yīng)力。為促進(jìn)此目標(biāo)，片彈簧163均等地設(shè)置在桿的周圍。如果必要的話，幾個三角形片彈簧可一個重疊在另一個的頂上以增加彈簧壓力F。開關(guān)機(jī)構(gòu)的閂鎖裝置49如上述解釋，閂鎖裝置49將開關(guān)固定在打開位置且是快速作用開關(guān)機(jī)構(gòu)15的另一重要特征。閂鎖裝置適合用在限流電路斷路器和同步開關(guān)這兩者中，且滿足下列基本要求1.任何時候閂鎖裝置位于打開位置時，可靠地閂縮(鎖止)驅(qū)動模塊，同時經(jīng)得起幾十kN的應(yīng)力。2.當(dāng)開關(guān)打開時，閂鎖裝置以最大的接觸間隙將開關(guān)機(jī)構(gòu)15的可動部件固定住，與此同時，開關(guān)機(jī)構(gòu)15的可動部件停止移動。3.驅(qū)動模塊47確定地保持固定，而無需能量輸入。4.響應(yīng)于"閉合"命令，閂鎖裝置被釋放以便允許電路斷路器閉合。5.當(dāng)開關(guān)打開時正在移動的部件的質(zhì)量應(yīng)最小。要求2得自于由于在正常工作情況期間電網(wǎng)電壓不可避免的波動而導(dǎo)致觸發(fā)驅(qū)動模塊的電流脈沖波動，這必然導(dǎo)致開關(guān)驅(qū)動工作沖程的波動，且結(jié)果導(dǎo)致可變的接觸間隙。為了確?？煽康拈_關(guān)操作，接觸間隙應(yīng)盡可能大。在本發(fā)明方案中，這種間隙將等于當(dāng)開關(guān)機(jī)構(gòu)15的可動部件停止移動時的間隙。為了服從上述要求，采用如圖16a和16b所示的基于卡滯(jamming)的閂鎖裝置，且該閂鎖裝置包括矩形橫截面的臂171和一對輥子172，臂171固定至驅(qū)動桿44(如圖3所示)，這對輥子172的每個布置在臂171的分別的側(cè)面且適合于繞著各自的樞軸173旋轉(zhuǎn)。閂鎖裝置的殼174具有錐形的內(nèi)壁表面，其橫截面在殼的上端部分是最窄的。錐形內(nèi)壁表面嚙合各自的一個輥子，該輥子的樞軸173被支撐在支架175的細(xì)長孔內(nèi)，以便允許支架內(nèi)的輥子172的受限水平位移。支架175經(jīng)由安裝在超大孔內(nèi)的第一銷176和通過安裝在細(xì)長孔內(nèi)的第二銷177關(guān)節(jié)式連接至殼，以允許支架175相對于殼174的受限的垂直位移。支架175在其底端被固定至錨定板178，該錨定板可通過閉合驅(qū)動模塊47的電磁而被拉下，且在固定至錨定板兩側(cè)的彈簧的作用下回到它的正常位置(如16a所示)。在支架175相對兩側(cè)固定至殼的邊緣的一對彈性片彈簧179,每個都在其相對兩側(cè)嚙合至支架175中的相應(yīng)的外圍凹處，由于支架175通過細(xì)長孔被關(guān)節(jié)式連接至殼174，因此其能夠在殼174內(nèi)做受限的垂直運(yùn)動。閂鎖裝置49操作如下。由于殼174可以繞軸176旋轉(zhuǎn)，因此它相對于臂171和驅(qū)動桿44自動居中。同樣，由于輥子172所利用來固定至支架175的孔是細(xì)長的，輥子172在孔內(nèi)相對于臂171和殼174自動對準(zhǔn)。當(dāng)開關(guān)打開時，驅(qū)動桿44和固定臂171布置在如圖16a所示的位置，以使安裝在驅(qū)動桿44的上端的接觸橋42脫離固定接觸部41。圖16a也示出或當(dāng)開關(guān)打開時或開關(guān)閉合之后電磁驅(qū)動模塊在其未激活狀態(tài)中的布置。在所有這些情況中，在矩形臂171、輥子172和殼174之間沒有氣隙，使得臂171經(jīng)由輥子172被殼174的內(nèi)壁表面緊緊抓住，因此將驅(qū)動桿44閂鎖至打開位置。本發(fā)明主要關(guān)注在故障情況下開關(guān)如何打開，因此沒有給出與開關(guān)閉合有關(guān)的描述，開關(guān)閉合也應(yīng)快速進(jìn)行以防止電弧。當(dāng)開關(guān)閉合時，電流供給電磁驅(qū)動，電磁驅(qū)動因此克服彈簧的約束力拉下錨定板178,并隨它拉下支架175和輥子172。由于支架175所借助來固定至殼174的孔177是開槽的，因此，盡管殼174不移動，支架175能夠輕微向下移動。由于殼的傾斜內(nèi)表面，輥子172向下運(yùn)動使它們與內(nèi)壁的較寬橫截面水平對準(zhǔn)，如此允許輥子172輕微的水平位移，因為它們經(jīng)由開槽的孔被安裝在支架上。該位移釋放臂171,因而允許臂被閉合機(jī)構(gòu)往上推，直到它到達(dá)圖16b所示的位置。在這一點，電流不再施加至電磁驅(qū)動，錨定板178因此釋放，以在彈簧的約束作用下上升，支架上升且輥子與內(nèi)壁較窄的內(nèi)部部分重新對準(zhǔn)，因此這時在較高的位置再次閂鎖住驅(qū)動桿。當(dāng)開關(guān)現(xiàn)在打開時，驅(qū)動桿44被用力向下推，因此在輥子上施加了向下的力，這使得支架175也克服片彈簧179的輕微彈性變形向下移動。結(jié)果，輥子172也下移，暫時地釋放了施加到驅(qū)動桿44的握力，使得連接到驅(qū)動桿44的較低端的臂171現(xiàn)被釋放，以向下行進(jìn)到圖16a所示的位置。當(dāng)開關(guān)打開行程完成時，驅(qū)動桿44和臂171暫時停止移動，在此之后，驅(qū)動桿44開始以達(dá)到幾千牛頓的反作用力向固定接觸部41退回。再一次地，輸送到電磁驅(qū)動的電流被中斷，允許錨定板178在彈簧的約束力下上升。支撐架現(xiàn)在上升，且輥子與內(nèi)壁的較窄的內(nèi)部部分再次對準(zhǔn)，因此此時在較低的位置再次閂鎖住驅(qū)動桿。結(jié)果，驅(qū)動模塊47的可動部件到達(dá)最終靜止位置，在該位置可實現(xiàn)最大接觸間隙。驅(qū)動桿44的反作用力越大，固定越可靠。高壓旁路電路(HVBC)現(xiàn)有的旁路電路屬于電流限制高壓AC和DC開關(guān)的基本元件。旁路電路對電路斷路器的主接觸部進(jìn)行分路，且基本上確保無弧地打開主接觸部，這是由于從主接觸電路到旁路電路的電流傳輸，接著，中斷負(fù)載電流和短路電流o圖17示出已知的DC旁路電路且圖18和19示出已知的AC旁路電路，所述旁路電路可被根據(jù)本發(fā)明的電路斷路器使用，且通常包括串聯(lián)連接的功率半導(dǎo)體(PSU),例如門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)或高壓晶閘管，總之該功率晶體管可被阻斷。當(dāng)主電路斷路器接觸部打開時，由于接觸部之間產(chǎn)生的電弧電壓Va，在長期開關(guān)操作期間流入這些電路的電流被轉(zhuǎn)移至旁路電路。只有在Va高于旁路電路中所有串聯(lián)連接的半導(dǎo)體的總壓降(AU。時，電流才會將從接觸電路傳送至旁路電路。因此，操作旁路電路的條件為Va>AVE(1),由此，△Vz=AV*n(2),其中AV是一個半導(dǎo)體的正向壓降；和n是串聯(lián)連接的半導(dǎo)體的數(shù)目。為確?？煽康慕佑|電路、從主接觸電路到旁路電路的以要求的速率(di/dt)的電流傳送，電弧電壓Va應(yīng)至少高出旁路電路中的總壓降30%-40%。換句話說Va=Const△V*n,這里Const在大約1.3到1.4的范圍(3)在已知的接觸器系統(tǒng)中，在打開的接觸部之間的短路電弧中的壓降基本上依賴于電極附近的(陽極和陰極)壓降?，F(xiàn)有技術(shù)中接觸材料的電極附近壓降大約為20V,即，在單個電弧間隙系統(tǒng)中Va20V。在橋式接觸系統(tǒng)中，Va2*20=40V。在現(xiàn)有半導(dǎo)體中，尤其是在如通常用于旁路電路中的脈沖操作模式中，正向壓降通常為2.3-3V,即AV二2.5-3V。因此，按式(3)，對單個間隙接觸系統(tǒng)(例如工業(yè)接觸室)進(jìn)行分路的串聯(lián)連接的半導(dǎo)體的數(shù)目不應(yīng)超過n=20/(l.3...1.4)△V=20/(l.3...1.4)(2.5...3)=5...6已知的半導(dǎo)體應(yīng)設(shè)計成承受大約兩倍額定電壓。這意味著，具有標(biāo)稱電壓額定Vn為10kV的半導(dǎo)體應(yīng)承受20kV。相應(yīng)地，在遭受電弧電壓Va的旁路電路中，各個PSU應(yīng)設(shè)計成Vnpsu=l.3*20/(5...6)=4.3...5.2kV,允許非均勻的電壓分布，這里(5...6)這一項標(biāo)示串聯(lián)連接的PSU的數(shù)目。也就是說，如果有5個串聯(lián)連接的PSU，則每個PSU的標(biāo)稱額定應(yīng)為5.2kV;而如果有六個串聯(lián)連接的PSU，則每個PSU的標(biāo)稱額定應(yīng)為4.3kV。這種半導(dǎo)體通常是可得到的，并不是問題。通過簡單比例得出，定額在Vn=24kV的網(wǎng)絡(luò)將要求旁路電路中的每個PSU定額在Vn9…10kV，以及定額在Vn=35kV的網(wǎng)絡(luò)要求每個PSU具有大約14...17kV的額定電壓Vn。這種PSU不是目前可獲得的，因此，重要的問題是開發(fā)這樣的過壓高壓限流開關(guān)，其定額在Vn15...35kV，帶有用作長期的載流媒介的真空和氣體填充室，以及使用包括有作為分路元件的PSU的可用的旁路電路。根據(jù)本發(fā)明，其中提供高壓旁路電路，包括高壓分路元件(PSU)，其VnMOkV。高壓旁路電路施加的補(bǔ)償電壓的方向、值和持續(xù)時間被設(shè)置成確保分路電路以要求的速率(di/dt)傳送，從而促進(jìn)兩個接觸部之間的快速電弧熄滅(fastarcquenching)。通過為總的正向壓降(厶Vs)提供合適的補(bǔ)償，電弧電流以要求的速率(di/dt)通過旁路電路進(jìn)行分路。補(bǔ)償電壓可大于、小于或幾乎等于AVs,所有的都依賴于特定的高壓裝置參數(shù)，即Vc>AVE，Vc<AVi:,VcAVE。因此，分路電弧電壓Va將足以以要求的速率(di/dt)傳送電流。通常包括有存儲電容器、控制單元和電容充電器的脈沖電源(IS)可作為電壓源。高壓旁路電路可根據(jù)高壓裝置的特定類型和模型進(jìn)行設(shè)計。圖20示出DC高壓旁路電路，其具有直接連接至高壓旁路電路的脈沖源，其中PSU--是功率半導(dǎo)體；D-是低壓參考二極管；IS--脈沖電源；MC—是分^各電路主接觸部。圖20至26示出根據(jù)本發(fā)明各種實施方式的高壓旁路電路，該高壓旁路電路與限流電路斷路器一起使用，且操作如下。在所有電路中，同一附圖標(biāo)記用來指示相同的或完成等效功能的元件。一旦主接觸部MC打開，脈沖電源IS激勵以在二極管D上施加補(bǔ)償電壓，且補(bǔ)償電壓的方向、值和持續(xù)時間設(shè)置成確保電弧電流以電路斷路器額定所限定的速率(di/dt)經(jīng)過旁路電路傳送。脈沖電源可通過觸發(fā)旁路半導(dǎo)體電路或使用備用開關(guān)被激勵。圖21示出AC高壓旁路電路，其具有直接連接到高壓旁路電路的脈沖電源。使用如圖20中的相同的參考標(biāo)記。其操作如下PSU1—PSU4或者PSU2—PSU3依據(jù)流過主接觸部的斷路電流i的極性被觸發(fā)。裝置的順序操作像圖20所示的操作一樣。在上述兩高壓旁路電路中，脈沖電源(IS)連接在高壓旁路電路的二極管D兩端，并且直接連接至高壓旁路電路。然而它也可以被間接連接，例如通過變壓器耦合。圖22示出這種DC高壓旁路電路，其中，脈沖源利用脈沖變壓器而被連接，其中PSU---是功率半導(dǎo)體；IT…是脈沖變壓器D—是低壓參考二極管；IS—是脈沖電源；Wl—是連接VBC的IT繞組；W2---是連接IS的IT繞組;W3---是偏置繞組；LI…是偏置繞組提升電感；和MC--是分路電路主接觸部。裝置操作如下。一旦主接觸部MC被打開，脈沖電源通過承載電流i2的繞組W2放電。繞組的臣數(shù)比率Wl:W2確保在繞組Wl上產(chǎn)生限流高壓電流斷路器所要求的足夠的補(bǔ)償電壓Vc。脈沖變壓器的磁阻反轉(zhuǎn)(magneticresistancereversal)特意設(shè)置成比將電流從分路電路的主接觸部轉(zhuǎn)移到旁路電路所需要的時間更長。在激勵之后，要求承載電流i3的偏置繞組W3將脈沖變壓器恢復(fù)至初始的磁狀態(tài)。在脈沖電源工作期間，偏置繞組W3增加電感，這是減少電流i3所需的。對比率Wl/W2和所要求的Vc的對應(yīng)值的正確選擇，確保對于任意值的n(即旁路電路中串聯(lián)連接的半導(dǎo)體的數(shù)目)，電流從主接觸部變換至旁路電路。圖23示出AC高壓旁路電路，其具有通過脈沖變壓器連接的脈沖電源，該AC高壓旁路電路操作如下。PSU1^PSU2或者PSU4_-PSU3依據(jù)流過主接觸部的斷路電流的極性被觸發(fā)。此后，裝置像圖22所示的操作一樣。在特定方案的脈沖變壓器中，偏置繞組可不連接。在這種情況下，通過引入鐵芯(圖24)中的氣隙5，在激勵脈沖變壓器之后，脈沖變壓器鐵芯將恢復(fù)它的初始磁狀態(tài)。氣隙提供了脈沖變壓器線圈的電感乘以鐵芯橫截面的乘積的兩倍增加，且稍微增加IS功率，同時簡化方案并使其更加可靠。帶有氣隙(間隙)脈沖變壓器的DC和AC旁路電路如圖25和26所示，圖25和26使用像圖22,24中一樣的參考標(biāo)記。與圖22和24所示的電路的唯一區(qū)別是脈沖變壓器的鐵芯通過引入氣隙(間隙)5(圖24)而不是使用偏置繞組W3來恢復(fù)它的初始磁狀態(tài)。為了增加從主電路到旁路電路的電流轉(zhuǎn)移速度，線圈繞著它的整個圓周的環(huán)形變壓器可用作脈沖變壓器，以便具有最小的自感應(yīng)。所提出的高壓旁路電路因此確保電流以要求的速率從主電路轉(zhuǎn)移至旁路電路，同時確保分路電弧電壓不超過PSU中的總正向壓降。這允許開發(fā)承受比采用單個分路電弧電壓的已知配置的更高標(biāo)稱電壓Vn的高壓限流開關(guān)，該已知配置不足以以所要求的速率提供電流轉(zhuǎn)移。因此得出，所提出的高壓旁路電路的區(qū)別特征如下1.旁路電路使用這樣方向、數(shù)值和持續(xù)時間的補(bǔ)償增壓，其確保通過對總的正向壓降的足夠補(bǔ)償而以要求的速率從分路電路轉(zhuǎn)移電流。當(dāng)主接觸部打開時，斷路電流被傳輸至旁路電路(不管短路電流的方向)。2.如第l段中的高壓旁路電路，其中，存儲電容器作為補(bǔ)償裝置的脈沖源。3.如第1和2段中的DC和AC高壓旁路電路，其中，補(bǔ)償裝置的脈沖源通過脈沖變壓器直接連接至高壓旁路電路。4.如第l、2和3段中的DC和AC高壓旁路電路，其中，補(bǔ)償裝置的脈沖源通過偏置繞組脈沖變壓器連接至高壓旁路電路。5.如第1至4段的每一段的DC和AC高壓旁路電路，其中，脈沖變壓器沒有偏置繞組且在其鐵芯中有氣隙。限流開關(guān)的密封包^^銹鋼或塑料材料形成:不銹鋼包裝罩的輸出端子經(jīng)由絕緣套管穿^包裝罩的壁。由塑料材料形成的包裝罩的輸出端子穿過側(cè)面凸緣，該側(cè)面凸緣使用特殊類型的螺紋和膠粘劑固定至包裝罩，側(cè)面凸緣通常由環(huán)氧樹脂制成。因此，輸出功率端子必須由具有體積膨脹系數(shù)接近于環(huán)氧樹脂的體積膨脹系數(shù)的材料(例如鋁)制成，這導(dǎo)致了更加昂貴和復(fù)雜的包裝罩子裝配。而且，在包裝罩內(nèi)設(shè)置輸出功率端子要求特殊的固定裝置(當(dāng)包裝罩由塑料制造成時)或底座絕緣子(對于由不銹鋼制造成的包裝罩)。所有這些導(dǎo)致更加昂貴和復(fù)雜的包裝罩裝配并增加開關(guān)本身的價格。參見圖27,其示出根據(jù)產(chǎn)生價格降低的更簡單裝置的本發(fā)明實施方式的包裝罩和輸出功率端子組件。該包裝罩適用于電流限制電路斷路器和同步開關(guān)。包裝罩包括由塑料形成的圓柱形封殼50,該圓柱形封殼具有可以是鋼的圓形固定支架51。包裝罩中使用的固定螺栓的數(shù)目取決于包裝罩內(nèi)的氣壓。支架51和輸出功率端子52通過橡膠墊53和端子凸緣54使用安裝螺栓來裝配。為實現(xiàn)高密封性，端子凸緣54無間隙焊接至端子52。功率端子可由任何高傳導(dǎo)性材料(例如銅)制成，同時凸緣應(yīng)堅固(例如由黃銅制成)。由流過功率端子52的AC電流產(chǎn)生的傅科電流(Foucaultcurrent,即渦流)引起可忽略的過熱。例如，發(fā)明人以開關(guān)功率端子設(shè)置成lF2500A的額定電流實現(xiàn)的測試顯示了由AT=1.5QC給出的溫度增加。當(dāng)開關(guān)機(jī)構(gòu)15安裝在這種密封包裝罩中，機(jī)構(gòu)抗震要求可通過使用例如環(huán)氧樹脂將端子52粘合至圓柱形封殼50、通過使用兩個半圓柱體55來實現(xiàn)，從而保持和對準(zhǔn)端子52。雖然封殼50的長度取決于主端子之間被減小。通過使用連接在驅(qū)動桿44和密封封殼50之間的波紋管(bellows,一種圓柱薄膜)，開關(guān)機(jī)構(gòu)可外置于帶有降低半徑的封殼50的包裝罩。對于具有功率端子輸出的中壓電子開關(guān)，密封的絕緣包裝罩用壓力高達(dá)8Atm.的SF6氣體填充。這允許開關(guān)機(jī)構(gòu)外置于包括SF6氣體的接觸室且以這種方式被關(guān)節(jié)式連接至接觸部，以便允許驅(qū)動模塊的來回運(yùn)動。可選擇地，斷路器氣體可以是任何合適的惰性氣體，例如氮氣或氧氣。在封殼50的鑄造過程、或通過鉆孔和使用橡膠或合適的O型環(huán)和/或粘合來進(jìn)行后面的裝配之前，可以插入氣體配件(未示出)和電子的壁面端子(未示出)，以滿足密封氣封殼的要求并經(jīng)受住高達(dá)SAtm.的氣壓。SF6氣體通過也將用于氣體測量的這些配件而可在稍后進(jìn)行填充。權(quán)利要求1.一種快速作用開關(guān)機(jī)構(gòu)(15)，其用于電路斷路器，所述快速作用開關(guān)機(jī)構(gòu)(15)包括驅(qū)動桿(44)，其關(guān)節(jié)式連接至驅(qū)動模塊(47)，并且在所述驅(qū)動桿的端部支撐接觸橋(42)，所述接觸橋在其相對的端部具有各自的可動接觸部(43)，所述可動接觸部用于可開關(guān)地接合所述電路斷路器的一對固定接觸部(41)；接觸彈簧單元(48)，其可操作地耦合至所述驅(qū)動模塊，以施加約200Kg的總閉合壓力；和閂鎖裝置(49)，其用于在操作所述電路斷路器之后將所述驅(qū)動桿閂鎖在打開或閉合的位置并防止反彈；其中，所述接觸橋(42)包括一對側(cè)置導(dǎo)體(101)，所述一對側(cè)置導(dǎo)體在其上邊緣支撐框架(103)，所述框架具有在所述框架的相對端部支撐所述可動接觸部(43)的暴露的上表面；和加固元件(102)，其插在所述側(cè)置導(dǎo)體(101)之間；使得當(dāng)電流流過所述接觸橋時，由側(cè)置元件產(chǎn)生的對應(yīng)磁通量在所述側(cè)置元件之間的區(qū)域內(nèi)互相抵消，因此實質(zhì)上沒有磁通量經(jīng)過所述加固元件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)機(jī)構(gòu)，其中，所述加固元件(102)由-磁性材^牛形成。3.根據(jù)權(quán)利要求1至2所述的開關(guān)機(jī)構(gòu)，其中，所述驅(qū)動模塊(47)包括具有殼(132)的電動裝置，所述殼適合于固定地安裝在所述電路斷路器內(nèi)，并允許所述驅(qū)動桿(44)在所述殼(132)內(nèi)移動，所述殼容納排斥線圈(131);致動線圈(133),其適合于嚙合所述驅(qū)動桿(44),以便所述致動線圈(133)的移動引起所述驅(qū)動桿(44)的移動；加速線圈(135)，其適合于在所述驅(qū)動桿上滑動；保持裝置(137),其用于抓住所述加速線圈(135);彈簧(136)，其用于在操作所述開關(guān)機(jī)構(gòu)之前朝著所述保持裝置彈性地推進(jìn)所述加速線圈；制動線圈(138);和隔離件(139),其用于在操作所述開關(guān)機(jī)構(gòu)之前保持所述致動線圈(133)和所述加速線圏(135)之間的最小間隙(51);所述開關(guān)裝置響應(yīng)于打開信號，所述打開信號用于將電流施加到所述排斥線圈(131)、所述致動線圈(133)和所述加速線圈(135),并被設(shè)置成引起所述排斥線圈(131)和所述致動線圈(133)之間的排斥力，同時引起所述致動線圏(133)和所述加速線圈(135)之間的吸引力，由此將開啟力傳遞至所述驅(qū)動桿，并將所述驅(qū)動桿移動穿過所述加速間隙(51)，直到所述致動線圈(133)鄰接所述加速線圈(135)，并且此后將所述致動線圈(133)和所述加速線圈(135)朝著所述制動線圈(138)克服所述彈簧(136)而一起移動通過制動間隙(52)，以便減緩所述驅(qū)動桿的移動。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)機(jī)構(gòu)，其中所述致動線圈U33)被支撐在樞軸環(huán)(134)上，所述樞軸環(huán)可滑動地安裝在所述驅(qū)動桿(44)上并嚙合所述驅(qū)動桿的外圍脊。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的開關(guān)機(jī)構(gòu)，其中所述制動間隙(52)是所述加速間隙(51)的至少兩倍。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的開關(guān)機(jī)構(gòu)，其中所述接觸彈簧單元(48)包括盒式低慣性動力彈簧，所述盒式低慣性動力彈簧包括桿(161)，其適合于沿著垂直軸移動，環(huán)狀盒(164),其支撐一系列三角形的片彈簧(163)的各自邊緣，所述片彈簧每個都位于對著各自頂點的各自底座，使得每個片彈簧(163)的所述各自邊緣被連接到所述盒的內(nèi)圓周，和接觸隔離件(162)，其安裝在所述桿上，用于接觸所述片彈簧(163)的各自角頂點。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的開關(guān)機(jī)構(gòu)，其中所述閂鎖裝置(49)包括殼(174),其具有錐形的內(nèi)壁表面，所述殼的橫截面在所述殼的上部分最窄；臂(171),其適合于連接至所述驅(qū)動桿(44);一對輥子(172)，每個輥子布置在所述臂(171)的分別的側(cè)面上并且適合于繞著各自的樞軸(173)旋轉(zhuǎn)；支架(175),所述支架(175)在其相對側(cè)具有用于容納所述樞軸(173)的相應(yīng)的細(xì)長的孔，以便允許所述輥子在所述支架內(nèi)的有限的水平位移；所述支架(175)經(jīng)由第一銷(176)和第二銷(177)關(guān)節(jié)式連接至所述殼，所述第一銷(176)安裝在超大孔內(nèi)，所述第二銷(177)安裝在允許所述支架相對于所述殼的有限的垂直位移的細(xì)長孔內(nèi)；錨定板(178),其固定至所述支架(175)的低端，且適合于克服連接至所述錨定板的相對側(cè)的彈簧的彈性偏置力而被所述驅(qū)動模塊(47)中的閉合電i茲體下拉；以及多個彈性片彈簧(179)，其連接至所述殼的外圍邊緣并適合于嚙合所述支架(175),以允許所述支架在所述殼(174)內(nèi)的有限的垂直移動。8.—種電路斷路器，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的開關(guān)機(jī)構(gòu)，所述電路斷路器還進(jìn)一步包括一對熱管(46),所述熱管由容納有低壓下的致冷劑的導(dǎo)熱密封管和支撐性散熱片形成，所述熱管布置在靠近固定接觸部(41)和可動接觸部(43)的相應(yīng)接合點的位置，用于從所述接觸部將熱傳導(dǎo)走。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路斷路器，其還包括旁路電路，所述旁路電路用于在打開所述電路斷路器期間從所述固定接觸部(41)和所述移動接觸部(43)將電弧電流分路掉。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路斷路器，其中高壓旁路電路包括脈沖電源(IS),所述脈沖電源用于施加補(bǔ)償電壓，且所述補(bǔ)償電壓的方向、值和持續(xù)時間被設(shè)置成確保分路電路以所要求的速率(di/dt)傳送從而促進(jìn)所述接觸部之間的快速電弧熄滅。11.根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的電路斷路器，其還包括多個換向電容器(21),所述換向電容器用于以故障電流流動的相反方向放電。12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一權(quán)利要求所述的電路斷路器，其中所述脈沖電源(IS)利用脈沖變壓器連接。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路斷路器，其中所述脈沖變壓器具有第一繞組(Wl)和第二繞組(W2)，所述第一繞組和所述第二繞組具有匪數(shù)比率(W1:W2)，所述匝數(shù)比率確保所述補(bǔ)償電壓由所述第一繞組(Wl)產(chǎn)生；所述脈沖變壓器的磁阻反轉(zhuǎn)設(shè)置為大于將電流從所述電路斷路器的主接觸部轉(zhuǎn)移到所述旁路電路所需要的時間；所述脈沖變壓器具有偏置繞組(W3),所述偏置繞組按要求承載電流i3，以在激勵之后將所述脈沖變壓器恢復(fù)到初始的磁狀態(tài)；以及所述偏置繞組(W3)在所述脈沖電源工作期間增加用于減少所述電流i3所需的電感。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路斷路器，其中所述脈沖變壓器具有第一繞組(Wl)和第二繞組(W2)，所述第一繞組和所述第二繞組具有匝數(shù)比率(W1:W2)，所述匝數(shù)比率確保所述補(bǔ)償電壓由所述第一繞組(Wl)產(chǎn)生；所述脈沖變壓器的磁阻反轉(zhuǎn)特意設(shè)置為大于將電流從所述電路斷路器的主接觸部轉(zhuǎn)移到所述旁路電路所需要的時間；所述脈沖變壓器具有氣隙，以使得所述脈沖變壓器在激勵之后恢復(fù)其初始磁感應(yīng)狀態(tài)。15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的電路斷路器，其中，所述比率Wl/W2以及補(bǔ)償電壓的對應(yīng)值是根據(jù)所述旁路電路中串聯(lián)連接的半導(dǎo)體的數(shù)量來選擇的，以確保將電流從主電路轉(zhuǎn)移到所述旁路電路。16.根據(jù)權(quán)利要求8至15中任一權(quán)利要求所述的電路斷路器，其中所述接觸部(41,43)布置在包括有斷路介質(zhì)的密封包裝罩內(nèi)。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路斷路器，其中所述密封包裝罩包括由塑料形成的圓柱形封殼(50)，所述圓柱形封殼具有由鋼形成的圓形固定支架(51),用于將線電壓耦合到那里。18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的電路斷路器，其中所述斷路介質(zhì)是SF6。19.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的電路斷路器，其中所述斷路介質(zhì)是氮氣。20.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的電路斷路器，其中所述斷路介質(zhì)是氧氣。全文摘要一種用于電路斷路器的快速作用開關(guān)機(jī)構(gòu)(15)，包括驅(qū)動桿(44)、接觸彈簧單元(48)和閂鎖裝置(49)，驅(qū)動桿(44)關(guān)節(jié)式連接至驅(qū)動模塊(47)并在其一端支撐接觸橋(42)，接觸橋(42)在其相對的端部具有各自的可動接觸部(43)，可動接觸部(43)用于可開關(guān)地接合斷路器的一對固定接觸部(41)；接觸彈簧單元(48)可操作地耦合至驅(qū)動模塊，以施加大約200Kg的閉合壓力；閂鎖裝置(49)在斷路器工作后將驅(qū)動桿閂鎖在打開或者閉合位置并防止反彈。接觸橋(42)包括一對側(cè)置導(dǎo)體(101)和插在側(cè)置導(dǎo)體(101)之間的加固元件(102)，該側(cè)置導(dǎo)體在其上方邊緣支撐框架(103)，框架(103)在其相對端部具有支撐可動接觸部(43)的暴露的上表面。文檔編號H01H73/04GK101536131SQ200780039007公開日2009年9月16日申請日期2007年8月21日優(yōu)先權(quán)日2006年8月21日發(fā)明者葉菲姆·戈夫曼,尤里·奧紐弗里延科,愛德華·尤蘭諾維斯基,道夫·耶格爾申請人:阿科林有限公司