用自动限流器限流的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种联合的限流和断路的方法和装置以及一种具有一个这样的装置（１）的开关设备。在本发明专利技术的联合的限流器－断路器（１）中，一个活动电极（３，３’）一方面为了限流，通过一个与过电流有关的电磁力Ｆ↓［ｍａｇ］沿一个用于限流路径（３１）的电阻元件（５）被导引，并且另一方面为了断路与一个绝缘子（８）串联。实施例为劳伦兹力用于自动限流；活动电极通过液态金属（３）或活动的固体导体（３’）被实现：一个沿动动方向（ｘ）非线性升高的，用于柔和的限流特性的电阻抗（Ｒｘ）：和一个以具有多个用于液态金属（３）的通道（３ａ）的介电矩阵形式的电阻元件（５）。优点是：无电弧的，可逆的限流和断流，也适于高的电压和电流，快的反应时间，少的磨损和便于维护。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于电气开关设备的主要技术，特虽是高压、中压或低压开关设备中限制故障电流的主要技术。本专利技术基于一种独立权利要求的前叙部分所述的限流方法和装置及一种具有该装置的开关设备。
技术介绍
DE4012385A1公开了一种电流控制的断路装置，其工作原理基于具有液态金属的收缩效应。在两个固态金属电极之间设有单个的充填有液态金属的窄的通道。在有过电流时，液态的导体由于电磁力通过收缩放应被收缩，使电流本身收缩和分离液态的导体。被排挤的液态金属被收集在一个贮备容器中并在出现过电流之后重新流回。触点的分离是在没有电弧的情况下进行的。但是该装置只适于较小的电流，小的电压和长的断开时间并且不提供持续的断路状态。DE2652506公开了一种电气的具有液态金属的强电流开关。一方面，一种用于润湿固态金属电极和用于减少接触阻抗的液态金属混合物被使用。其中，液态金属通过机械的排挤，譬如通过活动的触点或气动的浸液活塞逆向重力地被驱入接触间隙中。通过按其一个导电的导体通过流过该导体的电流径向紧缩的收缩效应，液态金属可附加地被稳定和固定在接触间隙中。外磁场和漏磁通量(譬如由电引起)可在液态金属中造成流动的不稳定性并被屏蔽，并且根据情况在关断时被允许，以便支持在液态金属中对电弧的熄灭。这样做的缺点是，分层次的限流是不可能的并且固态电极之间的电弧在液态金属中造成氧化。该强电流开关的结构包括用于液态金属，惰性气体或真空的密封并且是相当昂贵的。DE19903939A1公开了一种具有液态金属的自恢复的限流装置。在两个固态金属电极之间设有一个耐压的绝缘箱，在该绝缘箱中，液态金属设在压缩机室和位于其间的连接这些压缩机室的连接通道中，使固态电极之间有了一个用于额定电流的电流路径。在这些连接通道中的电流路径比压缩机室中的电流路径狭窄。在有短路电流时，这些连接通道被强烈加热并发出气体。液态金属通过连接通道中雪崩式的气泡形成汽化到压缩机室中，使一个限流的电弧在现被排空了液态金属的连接通道中被点燃。在过电流衰减后，液态金属可重新冷凝并且电流路径重新准备工作。在WO00/77811中公开了一种自恢复的限流装置的进展形式。连接通道是向上锥形地扩宽的，使液态金属的液面高度可被改变并且额定电流承受能力可大区域地被改变。此外，一个曲折形的电流路径通过连接通道的错位布局被形成，使一系列限流的电弧在液态金属的过电流造成的汽化时被点燃。这种收缩效应限流器需要在压力和温度方面有很稳定的设计，这在设计上是很费事的。通过借助电弧限流，在限流器内出现大的磨损，并且燃烧残余可能污染液态金属。通过液态金属在短路过后马上再冷凝，又建立一个导电的状态，使断路状态不存在。GB1206786公开了一种按照独立权利要求的前叙部分所述的基于液态金属的强电流电气开关。液态金属在一个第一位置中形成一个用于工作电流的电流路径并且在开关电流时沿电阻元件被导向并被置入一个第二位置，液态金属在该第二位置中与电阻元件串联并把电流减少到很小一部份上。该强电流开关是为了生成高强度的，兆安和亚毫秒区域中的电流脉冲和用于生成等离子设计的。US4599671公开了一种如独立权利要求的前叙部分所述的自动限流的电气装置。一个活动电极以一个可在轨道上移动的滑板的形式实现，该滑板可通过短路电流电磁地偏转。在被偏转的状态中，滑板接触一个具有限流电阻抗的轨道区域。替代可移动的滑板，一个在一个通道中容易移动的液态金属体也可用作活动电极。所述的限流器不具有断路状态，而是与一个断路开关串联，以便先限制电流然后完全关断电流。
技术实现思路
本专利技术的任务在于提供一种用于改善和简化限流和断流的方法和装置，及具有一个这样的装置的电气开关设备。按照本专利技术，上述任务通过独立权利要求的特征实现。一方面，本专利技术在于一种用一个限流装置限流的方法，该限流装置包括固定的电极和至少一个活动电极，其中，在第一工作状态，工作电流在固体电极之间通过限流装置的第一电流路径上被导向，并且该第一电流路径至少部分地通过第一位置中的液态金属，其中，该至少一个活动电极在第二工作状态通过与待限制的电流的电磁交互作用沿移动方向被移动到至少一个第二位置中，在从第一位置向第二工作位置的过渡时，该活动电极沿一个电阻元件被导向，并在至少一个第二位置中与该电阻构建串联，从而形成一个通过限流装置限流的第二电流路径，该限流的第二电流路径具有一个可预先给定的电阻抗，其中，该活动电极还在一个第三工作状态与一个绝缘子串联，从而形成一个用于通过装置断路的绝缘段。按照本专利技术，提供了一个特别简单的，用于一个自动限流的开关或集成开关的限流器的布局。过电流本身触发限流。譬如在一个磁场中作用到一个导电的导体上的劳伦兹力作为基础的电磁交互作用，但是过电流对活动的导体段或对活动电极的电容的、感应的、静电的或其它的电磁作用也是可以想象的。由于在限流的情况下，不是绝缘子，而是一个电的阻抗与该活动电极接触，所以没有电弧被点燃。因此，该限流方法也可在很高的电压电平时被采用。此外，几乎不出现由烧损或活动电极的腐蚀造成的磨损。限流是可逆地进行的，因此便于保养和费用合理。在第一实施例中，第三工作状态由一个关断指令触发，通过该关断指令，一个外磁场在装置作为限流器和作为断路器的操作之间切换。在另一实施例中，活动电极在第三工作状态沿相反移动方向移动到至少一个第三位置，并在该至少一个第三位置与绝缘子串联。在另一实施例中，该活动电极通过与待限制的过电流的电磁的交互作用沿电阻元件被导引至一个极值的第二位置，其中，该极值的第二位置处在一个在其处电阻元件过渡到一个绝缘子的区域中，使所述的或另一个用于断流的绝缘段被形成。在另一实施例中，为了达到柔和的关断特性，选择具有随活动电极的沿移动方向非线性升高的电阻抗的电阻元件用于第二电流路径，和/或该电阻元件是欧姆的，并且该电阻抗渐进地随第二位置升高。从而实现柔和的用于累加限流的限流特性。权利要求6所述的实施例的优点是磁场直接作用到有电流流过的活动电极上，并且该电极通过劳伦兹力驱动。该劳伦兹力与磁场强度和电流的乘积成比例。该磁场可能是外部的，特别是恒定的或可转换的，或内部的，特别是由待限制的电流产生的。通过对劳伦兹力和一个适宜的复位力的均衡，结果得出的移动可与待限制的过电流和所需的电阻抗要求的电极偏转相匹配。权利要求7提供了用于优化设计限流过程的动力学的设定准则。权利要求8和9提供了优选的，具有一种液态金属和/或一种作为活动电极的滑动触点的固体导体的实施例。特别是通过液态金属体交替地与一种电介质串联，也可有效地和可靠地使用高电压和高电流。另一方面，本专利技术涉及一种用于限流的，特别是用于实施上述方法的装置，包括固定的电极和至少一个活动电极，其中，在第一工作状态，在固定电极之间有一个用于通过限流装置的工作电流的第一电流路径，并且该第一电流路径至少部分地通过第一工作位置中的移动的电极。其中，存在用于在有过电流时把活动电极沿一个移动方向自行移动到至少一个第二位置的电磁驱动装置，存在具有可预先给定电阻抗的电阻元件，并且该活动电极在第二工作状态至少部分地与该电阻元件串联，并与该电阻元件一起形成第二电流路径，在该第二电流路径上，工作电流可限制到一个待限制的电流，其中，该活动电极在第三工作状态中与一个绝缘子串本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用限流装置（１）限流的方法，该限流装置包括固定的电极（２ａ，２ｂ）和至少一个活动电极（３，３’），其中，在位于固定的电极（２ａ，２ｂ）之间的第一工作状态，工作电流（Ｉ↓［１］）在一个通过限流装置（１）的第一电流路径（３０）上被导向，并且该第一电流路径（３０）至少部分地通过一个第一位置（ｘ↓［１］，１↓［１］）的活动电极（３，３’），在第二工作状态，至少一个活动电极（３，３’）自动地通过与待限制的过电流（Ｉ↓［２］）的电磁交互作用沿移动方向（ｘ，１）被移动到至少一个第二位置（ｘ↓［１２］，ｘ↓［２］，１↓［１２］，１↓［２］），该活动电极（３，３’）在从第一位置（ｘ↓［１］，１↓［１］）向第二位置（ｘ↓［１２］，ｘ↓［２］，１↓［１２］，１↓［２］）过渡过程中，沿一个电阻元件（５）被导向，并且在至少一个第二位置（ｘ↓［１２］，ｘ↓［２］，１↓［１２］，１↓［２］）与该电阻元件（５）串联，从而形成一个通过限流装置（１）的限流的第二电流路径（３１），该第二电流路径（３１）具有可预先给的电阻抗（Ｒ↓［Ｘ］，Ｒ↓［１］），其特征在于，在第三工作状态中，活动电极（３，３’）与一个绝缘子（８）串联，从而形成一个用于通过装置（１）断路的绝缘段（３２）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2003-7-10 03405519.41.一种用限流装置(1)限流的方法，该限流装置包括固定的电极(2a，2b)和至少一个活动电极(3，3’)，其中，在位于固定的电极(2a，2b)之间的第一工作状态，工作电流(I1)在一个通过限流装置(1)的第一电流路径(30)上被导向，并且该第一电流路径(30)至少部分地通过一个第一位置(x1，l1)的活动电极(3，3’)，在第二工作状态，至少一个活动电极(3，3’)自动地通过与待限制的过电流(I2)的电磁交互作用沿移动方向(x，l)被移动到至少一个第二位置(x12，x2，l12，l2)，该活动电极(3，3’)在从第一位置(x1，l1)向第二位置(x12，x2，l12，l2)过渡过程中，沿一个电阻元件(5)被导向，并且在至少一个第二位置(x12，x2，l12，l2)与该电阻元件(5)串联，从而形成一个通过限流装置(1)的限流的第二电流路径(31)，该第二电流路径(31)具有可预先给的电阻抗(Rx，R1)，其特征在于，在第三工作状态中，活动电极(3，3’)与一个绝缘子(8)串联，从而形成一个用于通过装置(1)断路的绝缘段(32)。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，该第三工作状态通过一个关断指令被触发，通过该指令，一个外部的磁场在装置(1)作为限流器和作为断路器的操作之间切换。3.按照以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，在该第三工作状态中1)活动电极(3，3’)沿一个相反的移动方向(-x，-l)被移动到至少一个第三位置(x12，x2，l13，l3)，并且2)该活动电极(3，3’)在至少一个第三位置(x12，x2，l13，l3)中与所述的绝缘子(8)串联。4.按照以上权利要求之一所述的方法，其特征在于1)该活动电极(3，3’)自动地通过与待限制的过电流(I2)的电磁交互作用沿所述的电阻元件(5)被导向一个极值的第二位置(x2，l2)；2)该极值的第二位置(x2，l2)位于一个在其中电阻元件(5)过渡到所述的绝缘子(8)的区域内，从而形成用于断流的绝缘段(32)。5.按照以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，1)为获得柔和的关炀特性，选择具有沿活动电极(3，3’)的移动方向(x，l)非线性升高的电阻抗(Rx，R1)的电阻元件(5)用于第二电流路径(31)；2)所述的电阻元件(5)是欧姆，并且电阻抗(Rx，R1)沿第二位置(x12，x2，l12，l2)连续升高。6.按照以上权利要求之一所述的方法，其特征在于。1)所述第二工作状态由过电流(I2)自动地激活，即当前有电流通过的活动电极(3，3’)被垂直于通过活动电极(3，3’)的电流(I2)并垂直于一个具有平行于移动方向(x，l)的分量的磁场(Bext，Bint)的电磁力(Fmag)移动，2)所述的磁场(Bext，Bint)被选作一个外部的磁场(Bext)和/或被造作一个由通往限流装置(1)的电流馈送装置(2a，2b；20)产生的内部磁场(Bint)。7.按照以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，作为第二位置(x12，l12)的函数(Rx(x12)，R1(l12))的电阻抗(Rx，R1)以及活动电极(3，3’)沿移动方向(x，l)的行程/时间特性(x12(t))这样选择，使得1)在活动电极(3，3’)的每个第二位置(x12，x2，l12，l2)，电阻抗(Rx，R1)和电流(I2)的乘积小于活动电极(3，3’)和固定电极(2a，2b)和可选地中间电极(2c)之间的电弧点燃电压(Ub)；和/或。2)实现足够的限流陡度来对付电网造成的断路电流(i(t))。8.按照以上权利要求之一所述的方法，其特征在于。1)活动电极(3，3’)包括一种液态金属(3)，该液态金属(3)位于所述限流装置(1)的至少一个通道(3a)中，并可沿位于工作电流(I1)的第一电流路径(30)、用于限流的第二电流路径(31)和用于断流的绝缘段(32)的垂直走向移动，并且2)特别是多个通道(3a)是通过壁式隔片(5a，8a)相互隔离，所述的隔片在第一电流路径(30)的区域中具有用于传递工作电...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡韦赫尼亚耶什，弗里德里希柯尼希，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]