[发明专利]开关设备驱动器的控制方法和装置

说明书

                     相关申请的参考

本申请是1995年5月15日递交的美国专利申请US08/440,783号的部分继续申请。

                     发明背景

1.发明领域

本发明涉及用于控制电气开关设备的方法和装置。具体地说，本发明涉及一种利用音圈(voice coil)驱动器迅速和正确地断开和闭合一个断流器来控制开关设备的方法及其装置。

2.相关技术描述

由于多方面的原因，在一个配电系统中需要安装开关设备，例如为了响应异常的负载状态而提供自动保护，或是为了断开和闭合系统的各个部分。各种类型的开关设备包括一个开关，用来根据情况断开和闭合一条输电线路，例如接到电容器组的一条线路；在检测到故障时用于自动断开一条线路的故障断路器；以及一个自动重合闸装置，它在检测到故障时迅速地按预定次数断开和闭合，直到故障排除或被锁定在断开位置。

在现有技术中广泛地采用了真空断路器，因为它能够实现快速，低能量电弧的断路，并且其触头寿命长，机械应力低，以及具有高度的操作安全性。真空断路器中的触头被密封在一个真空室中。有一个触头是动触头，它的操作元件通过真空室中的真空密封装置向外延伸。

                  发明概述和目的

本发明的目的之一是提供一种开关设备的驱动和控制机构，用于在断开和闭合期间尽量减少电弧和出现的瞬态过程。

本发明的另一目的是提供一种开关设备的驱动和控制机构，它可以对系统进行精确的监测。

本发明的再一目的是提供一种开关设备的驱动机构，它能够在一定范围内运动，这样就能省去各种类型的机械系统。

本发明的又一目的是提供一种开关设备的驱动机构，它可以用任何通用的电机控制电路或是专用的运动控制电路进行控制。

本发明的再一目的是提供一种开关设备的驱动机构，它能够获得现有技术的机械系统不容易实现的速度和力。

本发明的另一目的是提供一种改进的同步操作开关设备，它可以明显地缩短开关操作期间产生的瞬态过程。

总而言之，包括真空断路器的开关设备已经采用了连接到操作元件的各种弹簧负载机构，用来正确地断开或是闭合断路器的触头。有一种广泛应用的此类装置是简单的触发器连杆机构。这些机构的基本功能是将触头快速驱动到其断开或是闭合的位置，以便尽量减少电弧。在各种设备中需要使用许多弹簧负载机构及其相应的锁掣和连杆。

为了用驱动弹簧的压力或是弹力起动这些机械系统，通常需要一个驱动器。这些驱动器可以包括，但不限于电磁线圈，电动机，或是液压装置。与断路器的为了有效地遮断电流所需要的固有速度相比，这些驱动器比较慢，响应时间也比较差。因此，通常不是直接用它们驱动断路器的触头，而是用来起动快速动作的弹簧机构。这种系统的起动缺陷在于弹簧驱动的操作方式本身不容易受到控制，并且需要大量的技术工作才能够精密地调节机构的性能。

在实践中，这就意味着必须为开关，故障断路器和自动重合闸装置以及每种开关设备的不同等级设计出适合不同操作要求的许多不同的机构，根据包括电压和电流要求在内的具体用途，需要采用不同的机构。

另外，针对电力设备中普遍使用的高电压条件，断路器触头的动作需要迅速而准确，以便尽量减少触头间的电弧和产生的瞬态过程。根据电容器组开关或是故障断路的不同用途，本领域的技术人员可以确定断开或是闭合断路器触头的最佳动作时间。这一最佳时间相对于电压或电流波形上的一个精确的点，在这点上，电流断开或合上将只产生最小电弧或瞬态过程。由于惯用的弹簧驱动机构本身不具备这种精密的控制能力，本发明提供了一种可以实现波形定点或同步开关的适用装置。这种同步操作的断路器具有双重的优点，那就是减少断路器触头上的磨损，并且能明显地缩短电力系统下游中开关设备单元所经历的一般的瞬态过程。

受控的同步操作开关设备的另一个特点是触头闭合的速度是可以控制的。在惯用的系统中是用不能控制的高速驱动方式使触头闭合的，并且在触头到位之前有可能发生多次反弹断开。这种反弹现象是有害的，因为随之产生的电弧会使触头软化，并且在触头最终啮合时形成强烈的熔焊现象。