CN114005689A - 可抽出型混合开关装置 - Google Patents

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CN114005689A CN202110457317.8A CN202110457317A CN114005689A CN 114005689 A CN114005689 A CN 114005689A CN 202110457317 A CN202110457317 A CN 202110457317A CN 114005689 A CN114005689 A CN 114005689A
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L·A·德利·因诺琴蒂
F·罗莎
A·贝尔加米尼
L·奥玛提
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Abstract

本申请涉及一种可抽出型混合开关装置。一种用于配电网的开关装置，包括：可抽出的第一开关单元，其具有一个或多个第一电极；可抽出的第二开关单元，其具有一个或多个第二电极并且与所述第一开关单元串联电连接；其中所述第二开关单元包括能够由用户激活的紧急控制布置，以使所述第二开关单元执行打开操纵。

Description

可抽出型混合开关装置
技术领域
本发明涉及一种用于配电网的开关装置，诸如断路器或类似类型的其它装置。
背景技术
众所周知，低压开关装置用在电路或电网中，以允许特定电路或电网部分的正确操作。例如，这些装置可以被用于确保提供多种公用事业所需的标称电流、启用电力负载的正确***和断开，并保护(尤其是断路器)电网和已安装的电力负载免受诸如过载和短路之类的故障事件的影响。
大多数传统的开关装置包括具有一个或多个电极的机电开关单元，每个机电开关单元包括一对电触点，该电触点适于耦合或解耦以允许或中断沿着电极的线路电流。
虽然它们被证明是非常稳健和可靠的，但机电类型的开关装置在 DC应用中显示出相对长的中断时间，主要是在相对高的电压下 (DC 1-1.5kV之间)。因此，通常在分离下在电触头之间撞击的电弧会持续相对长的时间。这会造成电触头的严重磨损现象，并因此导致工作可靠性和电耐久性的显著降低。
为了克服这些技术问题，他们已经设计了包括开关单元的开关装置(也称为“SSCB”–固态断路器)，对于每个电极，开关单元具有一个或多个固态开关，即，基于半导体的晶体管或晶闸管，其适于在导通状态或阻断状态下操作以允许或中断电流流动。
SSCB的主要优点在于，由于在不形成电弧的情况下执行断开操作的情形，它们具有潜在的不受限制的电耐受性。另外，与机电式开关装置的中断时间相比，它们的中断时间明显更短。
SSCB的重要缺点在于，它们一般不能在与其连接的线路导体之间提供电绝缘。实际上，当将电压施加到固态开关的电源端子(例如， IGBT的集电极和发射极端子)时，即使所述开关处于阻隔状态，漏电流通常也会循环。
近来，已经开发了包括串联电连接的SSCB开关单元和机电开关单元的开关装置。
这些开关装置(一般称为“混合开关装置”)允许利用SSCB在可靠性和减少中断时间方面的所有优点，同时，它们允许在与其连接的线路导体之间获得流电绝缘。
如已知的，许多混合开关装置是“可抽出”类型。在这种情况下， SSCB和机电开关单元都相对于开关装置的固定部分能够移动。特别地，每个开关单元以相对于开关装置的固定部分可在***位置和抽出位置之间可逆地移动的方式安装在滑架上。
就使用效率和安全性而言，可抽出型的混合式开关设备具有进一步的优点。实际上，可以将上面提到的两个开关单元都置于抽出位置，以便在开关单元与线路导体完全断开的情况下容易地执行现场测试或维护干预。
但是，这些开关装置还有一些方面需要改进，尤其是参考它们在紧急情况下的操作，更特别地是在出于任何原因(例如由于开关装置无法接收外部辅助电源的事实)而发生无法执行机电开关单元的打开操纵的情况下。
如容易理解的，即使SSCB开关单元处于断开状态，这种事件也导致不能在电连接到开关装置的线路导体之间提供电绝缘。
由于泄漏电流仍沿着开关装置的电极流通，因此这种情况对于在现场操作的人员会是非常危险的，特别是如果尝试开关单元(例如， SSCB开关单元)的抽出操纵的话。
发明内容
本发明的主要目标是提供一种可抽出式的混合开关装置，其使得有可能克服或减轻上面提到的现有技术水平的技术问题。
在这个目标内，本发明的目的是提供一种开关装置，即使在其必须在紧急状况下操作时，该开关装置也确保高安全性级别。
本发明的另一个目的是提供一种开关装置，该开关装置可以在操作中容易地被控制而无需布置复杂且昂贵的控制资源。
本发明的另一个目的是提供一种在工业水平上相对容易和廉价地制造的开关装置。
根据本发明，这个目标和这些目的以及根据以下描述和附图将变得明显的其它目的是通过根据下面列出的权利要求1和相关从属权利要求的开关装置来实现的。
根据本发明的开关装置包括：
-一个或多个第一线路端子和第二线路端子，其分别能够电连接到电气线路的对应第一线路导体和第二线路导体；
-具有一个或多个第一电极的第一开关单元。每个第一电极包括能够电连接到对应的第一线路端子的第一极触头、第二极触头以及电连接到所述第一极触头和第二极触头并适于在导通状态或阻断状态下操作以允许或中断电流流动的一个或多个固态开关。所述第一开关单元能够在所述固态开关处于导通状态的闭合状况与所述固态开关处于阻断状态的打开状况之间可逆地切换。所述第一开关单元在所述第一极触头与所述第一线路端子耦合的***状况与所述第一极触头从所述第一线路端子解耦的抽出状况之间可逆地可移动；
-具有一个或多个第二电极的第二开关单元。每个第二电极包括能够电连接到第一开关单元的对应的第二极触头的第三极触头、能够电连接到对应的第二线路端子的第四极触头以及电连接到所述第三和第四极触头并适于在耦合状态或解耦状态下操作以允许或中断电流流动的电触头。所述第二开关单元能够在所述电触头处于耦合状态的闭合状况与所述电触头处于解耦状态的打开状况之间可逆地切换。所述第二开关单元能够在所述第四极触头与所述第二线路端子耦合的***状况和所述第四极触头从所述第二线路端子解耦的抽出状况之间可逆地移动。
-控制器，适于控制所述开关装置的操作。
在根据本发明的开关装置中，所述第二开关单元包括能够由用户激活的紧急控制布置，以使所述第二开关单元从所述闭合状态切换到所述打开状态。
所述紧急控制布置包括可以由用户操作的紧急命令按钮。在移除所述第二开关单元的一个或多个结构部分后，用户可访问所述紧急命令按钮。
优选地，所述第二开关单元包括覆盖所述紧急命令按钮的第一保护面板。在将所述第一保护面板从所述第二开关单元移除后，用户可访问所述紧急命令按钮。
优选地，所述第二开关单元包括覆盖所述第一保护面板的第二保护面板。在将所述第一保护面板和第二保护面板从所述第二开关单元移除后，用户可访问所述紧急命令按钮。
优选地，所述第二开关单元的每个第二电极至少包括固定电触头和可移动电触头。第二开关单元包括致动机构，该致动机构适于使所述第二开关单元的一个或多个可移动触头在与所述第二开关单元的对应的固定触头耦合的位置和从所述固定触头解耦的位置之间可逆地移动。
当所述第二开关单元处于闭合状况时，紧急控制布置适于在被用户激活后使所述致动机构脱扣(trip)以移动所述可移动触头。致动机构适于响应于所述紧急控制布置的脱扣而将所述可移动触头从与所述固定触头的耦合位置移动到从所述固定触头解耦的位置，从而所述第二开关单元从所述闭合状况切换到打开状况。
优选地，所述紧急控制布置包括操作地耦合到所述紧急命令按钮的脱扣元件。当所述紧急命令按钮被用户操作到激活位置时，所述脱扣元件适于使所述致动机构脱扣。
优选地，所述紧急控制布置包括信号部件，该信号部件适于向用户提供指示所述第二开关单元的操作状况的光信号。
优选地，所述紧急控制布置包括感测部件，该感测部件适于向所述控制器提供指示所述第一保护面板的移除状况的警报信号。
优选地，所述控制器被配置为：当所述第一开关单元处于所述闭合状况时，响应于接收到所述警报信号，命令所述第一开关单元从所述闭合状况切换到所述打开状况。
优选地，所述控制器被配置为：当所述第一开关单元处于所述打开状况时，响应于接收到所述警报信号，防止所述第一开关单元切换到所述闭合状况。
根据本发明的一个方面，所述控制器被配置为控制所述第一开关单元和第二开关单元，以使得所述第一开关单元和第二开关单元根据以下操作配置组合地进行操作：
-与所述开关装置的闭合状态对应的第一操作配置，其中所述第一开关单元和第二开关单元都处于闭合状况；或者
-与所述开关装置的待机状态对应的第二操作配置，其中所述第一开关单元处于打开状况并且所述第二开关单元处于闭合状况；或者
-与所述开关装置的打开状态对应的第三操作配置，其中所述第一开关单元和第二开关单元都处于打开状况。
根据本发明的一个方面，所述控制器包括接口部分，该接口部分包括适于接收指示所述开关装置的期望操作状态的输入命令的一个或多个输入端口。
优选地，根据本发明，开关装置包括与所述接口部分通信的人机接口。所述人机接口适于在与用户交互时提供所述输入命令。
优选地，所述接口部分能够从远程计算机化的设备(9)接收所述输入命令。
根据本发明的一方面，所述控制器包括在所述第一开关单元中。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从仅通过示例而非限制在附图中图示的优选但非排他的实施例的描述中变得更加清楚，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的开关装置；
图2示意性地示出了根据本发明的开关装置的机电开关单元。
图3-4、5A、5B、5C示意性地示出了根据本发明的开关装置的操作。
具体实施方式
参考上面提到的附图，本发明涉及用于配电网的开关装置100，诸如断路器、隔离开关、接触器等。
开关装置100特别适于安装在低压电网或***中。但是，它也可以成功地用在中压电网或***中。
出于本发明的目的，术语“低压”(LV)涉及低于1kV AC和 1.5kV DC的工作电压，而术语“中压”(MV)涉及直至数十kV的更高工作电压，例如直至72kV AC和100kV DC。
一般而言，开关装置100旨在电连接到电气线路50。通常，电气线路50包括可以电连接到等效电源(例如，电力馈电或发电***或电网的部分)的一个或多个第一线路导体51，以及可以连接到等效电力负载(例如，电力***或装置或电网的部分)的一个或多个第二线路导体52。
在附图中所示的实施例中，电气线路50是三相类型的。但是，原则上，它可以包括不同数量的电相。
开关装置100包括一个或多个第一线路端子91和第二线路端子 92，它们旨在分别电连接到电气线路50的对应的第一线路导体51和第二线路导体52。
方便地，第一和第二线路端子91、92被容纳在开关装置的固定部分(未示出)中，该固定部分方便地由开关装置的支撑框架(未示出)定义。
开关装置100包括SSCB类型的第一开关单元1和机电类型的第二开关单元2，它们在操作中串联电连接在上面提到的线路端子91 和线路端子92之间。
第一开关单元1包括一个或多个第一电极1A。
第一开关单元的电极数可以根据需要而变化。在所引用的附图所示的实施例中，第一开关单元是三相类型的并且包括三个电极。但是，根据本发明的其它实施例(未示出)，第一开关单元可以包括不同数量的电极。
每个电极1A旨在电连接到电气线路50的对应的第一线路导体 51并且与第二开关单元2的对应的电极电连接。
每个电极1A包括旨在电连接到开关装置的对应的第一线路端子 91的第一极触头11和旨在电连接到第二开关单元2的对应的极触头 23的第二极触头12。
每个电极1A包括适于在导通状态或阻断状态下操作以允许或中断电流流动的一个或多个固态开关10。
固态开关(“SSCB”)10可以包括例如MOSFET、绝缘栅双极晶体管(“IGBT”)、栅截止晶闸管(GTO)、集成栅换流晶闸管(“IGCT”)等。
每个电极1A的固态开关10例如根据串联配置或已知类型的其它更复杂的电路配置电连接在极触头11和12之间。
在操作中，第一开关单元1能够在电极1A的固态开关10处于导通状态的闭合状况ON与电极1A的固态开关10处于阻断状态的打开状况OFF之间可逆地切换。
当第一开关单元1处于闭合状况ON时，允许线路电流沿着电极 1A流动。相反，当开关单元1处于打开状况OFF时，线路电流不能沿着电极1A流动。但是，可能的漏电流仍可以循环，这些漏电流通常影响处于阻断状态的固态开关。
从闭合状况ON到打开状况OFF的过渡形成了第一开关单元的打开操纵，而从打开状况OFF到闭合状况ON的过渡形成了第一开关单元的闭合操纵。
第一开关单元1可以在从控制器3接收到第一脱扣信号T1时执行打开操纵或闭合操纵。
优选地，第一开关单元1包括一个或多个第一驱动电路(未示出)，其适于接收第一脱扣信号T1并根据所述脱扣信号T1驱动固态开关10的控制端子(例如，栅极端子或基极端子)。
第二开关单元2包括一个或多个第二电极2A。
而且在这种情况下，开关单元2的电极2A的数量可以根据需要而变化。一般而言，电极2A的数量与第一开关单元1的电极1A的数量对应。
每个电极2A与第一开关单元1的对应的电极1A串联电连接，并且旨在电连接到电气线路50的对应的第二线路导体52。
因此，每个电极2A包括旨在电连接到第一开关单元1的对应的第二极触头12的第三极触头23和旨在与开关装置的第二线路端子 92电连接的第四极触头24。
每个第二电极2A包括电触头20，其可以在耦合状态或解耦状态下操作以允许或中断电流流动。方便地，每个电极2A的电触头20 包括固定电触头和可移动电触头(未示出)。每个可移动触头可以被致动以与固定触头耦合或从固定触头解耦。
在操作中，第二开关单元2能够在电极2A的电触头20处于耦合状态的闭合状况ON与电极2A的电触头20处于解耦状态的打开状况OFF之间可逆地切换。
当第二开关单元2处于闭合状况ON时，允许线路电流沿着电极 2A流动。相反，当第二开关单元2处于打开状况OFF时，线路电流不能沿着电极2A流动。
从闭合状况ON到打开状况OFF的过渡形成了第二开关单元的打开操纵，而从打开状况OFF到闭合状况ON的过渡形成了第二开关单元的闭合操纵。
优选地，第二开关单元2包括一个或多个脱扣致动器25(其可以是已知类型的)，其适于引起所述开关单元的可移动触头的致动以执行上面提到的打开和闭合操纵(图1-2)。
作为示例，脱扣致动器25可以包括适于使电极2A的可移动触头致动以执行打开操纵的打开线圈致动器25A，以及适于使电极2A 的可移动触头致动以执行闭合操纵的闭合线圈致动器25B。
脱扣致动器25可与致动机构29(图2)可操作地耦合，该致动机构适于致动第二开关单元的可移动触头。这种致动机构(其可以是已知类型的)被方便地设计为在由上面提到的脱扣致动器脱扣时移动第二开关单元2的可移动触头。
第二开关单元2可以在从控制器接收到脱扣信号T2时执行打开操纵或闭合操纵。
优选地，第二开关单元2可以包括一个或多个第二驱动电路(未示出)，适于接收上面提到的脱扣信号T2并根据所述第二脱扣信号来驱动脱扣致动器25。
当根据脱扣信号T2被驱动时，脱扣致动器25使上面提到的致动机构脱扣，该致动机构致动第二开关单元的可移动触头以执行该开关单元的闭合操纵或打开操纵。
优选地，第二开关单元2包括适于将指示第二开关单元2的操作状况的感测信号S1提供给控制器的一个或多个接触感测部件26。
作为示例，感测部件26可以包括适于发信号通知开关单元2的闭合状况ON的闭合微动开关(其可以是已知类型的)和适于发信号通知开关单元2的打开状况OFF的打开微动开关(其可以是已知类型的)。
根据本发明，开关装置100是可抽出型的。
因此，第一开关单元1和第二开关单元2都可以从它们的正常操作位置抽出，以便与电气线路50断开。
第一开关单元1在第一极触头11与第一线路端子91耦合的***状况A和第一极触头11从第一线路端子91解耦的抽出状况B之间可逆地移动。
优选地，当第一开关单元1处于***状况A时，其具有与第二开关单元2的第三极触头23耦合的第二极触头12。
优选地，当第一开关单元1处于抽出状况B时，其具有与第二开关单元2的第三极触头23解耦的第二极触头12。
从***状况A到抽出状况B的过渡形成第一开关单元的抽出操纵，而从抽出状况B到***状况B的过渡形成第一开关单元的***操纵。
当第一开关单元1处于抽出状况B时，其可以处于测试位置，在该位置上它仍电连接到开关装置的电源级，并且其低压组件由该电源级馈电，或者处于与任何电路断开电连接的完全抽出位置。
优选地，开关装置100包括第一滑架(未示出)，在其上安装有第一开关单元1。方便地，这种第一滑架可滑动地耦合到开关装置 100的支撑框架。以这种方式，第一开关单元1和第一滑架两者都能够相对于开关装置的固定部分移动。
开关装置100包括第一致动布置7(其可以是已知类型的)，该第一致动布置7适于在被用户激活(例如，通过合适的命令按钮)后致动第一开关单元1，以便至少执行所述开关单元的抽出动作。
根据本发明的优选实施例，第一致动布置7适于在被用户激活 (例如，通过合适的命令按钮)后在第一开关单元1的***操纵期间移动第一开关单元1。
根据本发明的其它实施例，开关单元1的***操纵可以由用户直接执行，例如，通过使用能够与合适的运动链操作地耦合的机械工具，该运动链操作地耦合到开关单元1和开关装置的支撑框架。
对于第一开关单元1，第二开关单元2能够在第四极触头24与第二线路端子92耦合的***状况A和第四极触头24从第二线路端子92解耦的抽出状况B之间可逆地移动。
优选地，当第二开关单元2处于***状况A时，其第三极触头 23与第一开关单元1的第二极触头12耦合。
优选地，当第二开关单元2处于抽出状况B时，其第三极触头 23从第一开关单元1的第二极触头12解耦。
从***状况A到抽出状况B的过渡形成开关单元2的抽出操纵，而从抽出状况B到***状况B的过渡形成开关单元2的***操纵。
当开关单元2处于抽出状况B时，其可以处于开关单元2仍电连接到开关装置的电源级并且其低压组件由该电源级馈电的测试位置，或者处于与任何电路断开电连接的完全抽出位置。
优选地，开关装置100包括第二滑架(未示出)，在其上安装有开关单元2。方便地，这种第二滑架滑动地耦合到开关装置100的支撑框架，从而相对于后者的固定部分是可移动的(与第二开关单元2 一起)。
开关装置100包括第二致动布置8(其可以是已知类型的)，该第二致动布置8适于至少在被用户激活(例如，通过合适的命令按钮) 后在第二开关单元2的抽出操纵期间致动第二开关单元2。
根据本发明的一些实施例，第二致动布置8适于在被用户激活 (例如，通过合适的命令按钮)后同样在第二开关单元2的***操纵期间移动第二开关单元2。
根据本发明的一些实施例，开关单元2的***操纵可以由用户直接执行，例如，通过使用能够操作地与合适的运动链耦合的机械工具，该运动链可操作地耦合到开关单元1和开关装置的支撑框架。
图3示意性地表示当执行开关单元1、2的抽出和***操纵时开关装置100可以采取的操作配置。
根据配置#1，两个开关单元1、2都处于***状况。
根据配置#2，开关单元1处于抽出状况B，而开关单元2处于***状况A。在这种情况下，根据需要，开关单元1可以处于测试位置或完全抽出位置。
为了从开关装置的配置#1转到配置#2，必须执行唯一的第一开关单元1的抽出操纵。为了从开关装置的配置#2转到配置#1，必须执行唯一的第一开关单元1的***操纵。
根据配置#3，第一开关单元1处于***状况A，而第二开关单元 2处于抽出状况B。在这种情况下，根据需要，第二开关单元2可以处于测试位置或完全抽出位置。
为了从开关装置的配置#1转到配置#3，必须执行唯一的第二开关单元2的抽出操纵。为了从开关装置的配置#3转到配置#1，必须执行唯一的第二开关单元2的***操纵。
根据配置#4，两个开关单元1、2都处于抽出状况。在这种情况下，根据需要，开关单元1、2中的每一个可以处于测试位置或完全抽出位置。
为了从开关装置的配置#2转到配置#4，必须执行唯一的第二开关单元2的抽出操纵。为了从开关装置的配置#4转到配置#2，必须执行唯一的第二开关单元2的***操纵。
为了从开关装置的配置#3转到配置#4，必须执行唯一的第一开关单元1的抽出操纵。为了从开关装置的配置#4转到配置#3，必须执行唯一的第一开关单元1的***操纵。
原则上，开关装置100可以根据需要采用上面提到的任何配置。但是，只有在开关单元1、2处于一定的操作状况时才可以执行它们的抽出操纵。特别地，只有在每个开关单元1、2处于打开状况OFF 时，才可以执行所述开关单元的抽出操纵。
一般而言，开关单元1和2可以包括根据已知类型的解决方案在工业水平上布置的多个附加组件。在下文中，为了简洁起见，将不对它们进行进一步的结构细节描述。
根据本发明，开关装置100包括控制器3，该控制器3适于控制开关装置100，特别是开关单元1、2的操作。
根据本发明的一些实施例(图1)，控制器3是自立式设备，其不被封闭在开关单元1、2中的任何一个中。
根据本发明的其它实施例(未示出)，控制器3被封在开关单元 1和2之一中，优选地被封在第一开关单元1中。
优选地，控制器3包括适于处理并提供数据或控制信号以实现所请求的功能性的数据处理部分31。一般而言，数据处理部分31可以包括数字或模拟类型的数据处理资源，例如，一个或多个微处理器或 DSP。
优选地，控制器3包括脱扣部分32，该脱扣部分32适于与数据处理部分31交互，以便生成用于控制开关单元1、2的操作的脱扣信号T1、T2。一般而言，脱扣部分32可以包括数字或模拟类型的数据处理资源，例如，一个或多个微处理器或DSP。
优选地，控制器3适于接收和处理指示开关装置100的期望操作状态的输入命令CM1、CM2、CM3(例如，由合适的控制信号形成)，以便控制开关单元1、2的操作。
优选地，控制器3包括接口部分33，该接口部分33包括适于接收输入命令CM1、CM2、CM3的一个或多个输入端口。
优选地，开关装置100包括与控制器3的接口部分33通信的人机接口5。人机接口5适于在与用户交互时提供输入命令CM1、 CM2、CM3。
根据本发明的其它实施例(未示出)，人机接口5被封闭在开关单元1和2之一中，优选地被封闭在第一开关单元1中。
根据本发明的一些实施例，控制器3的接口部分33适于与远程计算机化的设备99(一般不是开关装置100的一部分)(例如，数字继电器)通信。方便地，接口部分33可以从计算机化的设备99接收输入命令CM1、CM2、CM3。
一般而言，可以根据已知类型的硬件解决方案将控制器3和人机接口5布置在工业水平上。因此，在下文中，为了简洁起见，将不对它们进行进一步的结构或电路细节的描述。
在开关装置100中，一般取决于开关装置100的期望的操作状态来执行每个开关单元的闭合或打开操纵。
控制器3因此被方便地配置为响应于接收到上面提到的输入命令 CM1、CM2、CM3通过生成上面提到的脱扣信号T1、T2而命令执行每个开关单元1、2的打开或闭合操纵。
原则上，也可以根据需要执行开关单元100的抽出和***操纵。但是，如上面所提到的，只有当所述开关单元处于打开状况OFF时，才可以在被用户激活后执行每个开关单元1、2的抽出操纵。
优选地，控制器3被配置为：如果开关单元1处于闭合状况ON，那么防止第一致动布置7(通过合适的使能部件-未示出)将第一开关单元1从***状况A移动到抽出状况B。控制器3因此仅在这个开关单元处于打开状况OFF的情况下才使第一致动布置7将第一开关单元1从***状况A移动到抽出状况B。
优选地，控制器3被配置为：如果第二开关单元2处于闭合状况 ON，那么也防止第一致动布置7将第一开关单元1从***状况A移动到抽出状况B。在这种情况下，只有当两个开关单元1、2都处于打开状况OFF时，控制器3才使第一致动布置7将第一开关单元1 能够从***状况A移动到抽出状况B。
当由于第二开关单元2处于闭合状况ON的事实而使漏电流仍沿着开关单元的电极循环时，这个解决方案允许防止第一开关单元1的抽出操纵。以这种方式，有可能避免在第一开关单元的极触头11、12处的放电现象(由于漏电流的中断)，这种放电对于在现场工作的人员可能是非常危险的。
优选地，第二致动布置8适于仅在第二开关单元2处于打开状况 OFF的情况下才将第二开关单元2从***状况A移动到抽出状况B。
方便地，第二致动布置8结合了合适的使能部件(未示出)，如果第二开关装置2处于闭合状况ON，那么该致能部件防止执行第二开关单元2的抽出操纵。
优选地，开关装置100包括电源级4，该电源级4适于接收外部辅助电源VAUX，该外部辅助电源VAUX用于向开关装置的内部(电气或电子)低压组件(诸如控制器3、脱扣致动器25、致动布置7、8 以及包括在开关单元1、2中的上述驱动电路)馈电。
一般而言，外部辅助电源VAUX通过合适的辅助电力接口设备 (未示出)从电气线路50导出。这样的辅助电源接口设备(一般不包括在开关装置中)可以是已知类型的。
优选地，电源级4包括一个或多个驱动电路(未示出)，其适于接收外部电源电压VAUX并提供用于对所述电源级的合适能量存储部件(未示出)进行充电的充电电流。方便地，所述能量存储部件(例如，电容器组的电池)能够通过从上述存储部件中汲取电能来向开关装置的低压内部组件提供合适的电源电压VS。
一般而言，可以根据已知类型的解决方案将电源级4布置在工业水平上。因此，在下文中，为了简洁起见，将不对它们进行进一步的结构或电路细节的描述。
优选地，控制器3被配置为实现特殊的控制逻辑，以通过控制开关单元1、2的操作来控制开关装置100的操作。
根据这样的控制逻辑，当第一开关单元1和第二开关单元2处于***状况A时，它们可以仅组合采用特定的操作配置，每个配置与开关装置100的预定义的给定操作状态对应(图4)。
优选地，控制器3被配置为以使得开关单元1、2可以组合操作的方式控制开关单元1、2，仅根据以下操作配置：
-第一操作配置[I]，其中两个开关单元1、2都处于闭合状况 ON；或者
-第二操作配置[X]，其中第一开关单元1处于打开状况OFF，并且第二开关单元2处于闭合状况ON；或者
-第三操作配置[O]，其中两个开关单元1、2都处于打开状况 OFF。
当开关单元1、2根据第一操作配置[I]操作时，允许线路电流流动过开关单元1、2的电极1A、2A。因此，电气线路50的第一电气线路导体51和第二电气线路导体52之间存在电连续性。因此，开关单元1、2的第一操作配置[I]与开关装置100的闭合状态对应。
当开关单元1、2根据第二操作配置[X]操作时，由于第一开关单元1处于打开状况OFF，因此不允许线路电流沿着开关单元1、2的电极1A、2A流动。电气线路50的第一线路导体51和第二线路导体 52因此被断开。但是，当第二开关单元2处于闭合状况ON时，在线路导体51、52之间不存在流电绝缘，并且影响固态开关10的漏电流仍然可以沿着电极1A、2A流动。开关单元1、2的第二操作配置 [X]与开关装置100的待机状态对应，该待机状态介于闭合状态和打开状态之间。
当开关单元1、2根据第三操作配置[O]操作时，由于两个开关单元1都处于打开状况OFF，因此不允许线路电流和可能的漏电流沿着开关单元1、2的电极1A、2A流动。电气线路50的第一线路导体 51和第二线路导体52断开，并且所述线路导体之间存在流电绝缘。因此，开关单元1、2的第三操作配置[O]与开关装置100的打开状态对应。
一般而言，控制器3被配置为响应于接收到指示用于开关装置 100的期望操作状态的上述输入命令CM1、CM2、CM3而命令开关单元1、2从一种操作配置切换到另一种操作配置。
但是，根据由控制器3实现的控制逻辑，开关单元1、2的操作配置之间的任何过渡都必须始终涉及第二操作配置[X]，该第二操作配置[X]与开关装置100的待机状态对应(图4)。
换句话说，控制器3被配置为以这样的方式来控制开关单元1、 2：防止开关单元1、2的第一操作配置[I]和第三配置[O]之间的任何直接过渡(图4)。
优选地，当开关单元1、2处于第一操作配置[I]时(与开关装置 100的闭合状态对应)，控制器3可以命令开关单元1、2切换到第二操作配置[X](与开关装置100的待机状态对应)。
实际上，根据由控制器3实现的控制逻辑，开关单元1、2可以仅通过第二操作配置[X]从第一操作配置[I]切换到另一种操作配置。
当其处于闭合状态时(开关单元1、2的第一操作配置[I])，开关装置100可以仅通过待机状态(开关单元1、2的第二操作配置[X]) 切换到另一个操作状态。
优选地，当开关单元1、2处于第二操作配置[X]时(与开关单元 100对应的待机状态)，控制器3可以命令开关单元1、2切换到第一操作配置[I](与开关装置100的闭合状态对应)或切换到第三操作配置[O](与开关装置100的打开状态对应)。
实际上，根据由控制器3实现的控制逻辑，开关单元1、2可以从第二操作配置[X]切换到第一操作配置[I]或者第三操作配置[O]。
当其处于待机状态时(开关单元1、2的第二操作配置[X])，开关装置100可以在闭合状态(开关单元1、2的第一操作配置[I])下或者在打开状态(开关单元1、2的第三操作配置[O])下切换。
优选地，当开关单元1、2处于第三操作配置[O]时(与开关装置 100的打开状态对应)，控制器3可以命令开关单元1、2切换到第二操作配置[X](与开关装置100的待机状态对应)。
实际上，根据由控制器3实现的控制逻辑，开关单元1、2可以仅通过第二操作配置[X]从第三操作配置[O]切换到另一个操作配置。
当其处于打开状态时(开关单元1、2的第三操作配置[O])，响应于接收到指示期望的不同操作状态的输入命令CM1、CM2，开关装置100可以仅通过待机状态(开关单元1、2的第二操作配置[X]) 切换到另一个操作状态。
配置上述控制逻辑，使得只有当所述开关单元处于打开状况 OFF时，才可以在被用户激活后执行每个开关单元1、2的抽出操纵。
优选地，如果第一开关单元1和第二开关单元2根据第一操作配置[I]组合地操作，那么控制器3被配置为防止第一开关单元1的抽出操纵(通过禁用如上面所提到的第一致动布置7)。
优选地，控制器3被配置为即使第二开关单元2处于闭合状况 ON也防止第一开关单元1的抽出操纵。在这种情况下，控制器3被配置为，即使第一开关单元1和第二开关单元2根据第二操作配置[X] 组合地操作，也防止第一开关单元1的抽出操纵，并且控制器3被配置为，仅当第一开关单元1和第二开关单元2根据第三操作配置[O] 组合地操作时，才启用第一开关单元1的抽出操纵。
优选地，第二致动布置8适于仅在第二开关单元2处于打开状况 OFF时才执行第二开关单元2的抽出操纵。在这种情况下，控制器3 被配置为仅在第一开关单元1和第二开关单元2根据第三操作配置 [O]组合地操作时才启用第一开关单元1的抽出操纵。
方便地，上述控制逻辑被设计为考虑到电源级4的可能故障状况。
根据本发明，开关单元2被设计为使得在用户的干预下，当控制器3命令的打开操纵(例如，当实现上面提到的控制逻辑时)由于任何原因(例如因为开关装置无法接收或利用外部辅助电源为其低压内部组件供电或者因为脱扣致动器25或与所述脱扣致动器可操作地相关联的驱动电路中出现故障)而不能被执行时，开关单元2可以被迫在紧急状况下执行打开操纵。
再次参考图2，开关单元2包括可由用户激活的紧急控制布置27，以使第二开关单元2执行打开操纵，即，从闭合状况ON切换为打开操纵OFF。
方便地，当紧急控制布置27在闭合状况ON下被用户用第二开关单元2激活时，紧急控制布置27使第二开关单元2的致动机构29 脱扣，以使所述开关单元的可移动触头202以执行上述打开操纵的方式移动。
响应于紧急控制布置27的脱扣，致动机构29将可移动触头202 从与固定触头201耦合的位置移动到从所述固定触头解耦的位置，因此第二开关单元2从闭合状况ON切换到打开状况OFF。
紧急控制布置27包括紧急命令按钮271，其可以优选地由用户从静止位置操作到激活位置。
优选地，紧急控制布置27包括操作地耦合到命令按钮271的脱扣元件272。
当第二开关单元2处于闭合状况ON时，命令按钮271到激活位置的移动(由用户施加)使激活机构29脱扣。后者导致可移动触头 202从对应的固定触头203解耦，从而第二开关单元2执行打开操纵。
根据本发明，命令按钮271通常不被用户使用，因为它被第二开关单元2的一个或多个部分覆盖，优选地被第二开关单元2的壁28 (通常是前壁)的一个或多个面板覆盖。
因此，仅当第二开关单元2的一个或多个结构部分28A、28B被移除时，用户才能接近命令按钮271。
优选地，第二开关单元2在壁28(优选地是前壁)处包括覆盖紧急命令按钮271的第一保护面板28A。因此，在从第二开关单元2 上移除所述第一保护面板后，用户能够访问命令按钮271。
优选地，第二开关单元2在同一壁28处包括覆盖第一保护面板28A的第二保护面板28B。因此，在从第二开关单元2上移除所述第一保护面板和第二保护面板后，用户能够访问命令按钮271。
优选地，紧急控制布置27包括信号部件273，其适于向用户提供指示第二开关单元2的操作状况、更优选地指示第二开关单元2处于闭合状况ON的光信号L。
优选地，信号部件273可以包括适于检测第二开关单元2的可移动触头202的位置的感测设备(例如，微动开关)以及可操作地耦合到所述感测设备并适于响应于从感测信号接收到指示可移动触头202 与对应的固定触头201处于耦合位置的信号而发射光信号L的LED 设备。
方便地，由信号部件273发射的光信号L对于用户总是可见的，而无需移除开关单元2的一部分。
当将信号部件273(特别是其LED设备)布置在与命令按钮271 所在的同一壁28上时(图2中所示)，以不隐藏由信号部件273发射的光信号L的方式设计覆盖紧急命令按钮271的保护面板28A、 28B(例如，设有合适的窗口)。
一般而言，可以根据已知类型的解决方案在工业水平上设计保护面板28A、28B和信号部件273。在下文中，为了简洁起见，将不对它们进行进一步的结构细节描述。
图5A、5B和5C示意性地示出了用户如何以迫使第二开关单元 2执行打开操纵的方式来激活第二开关单元2的紧急控制布置27。
当第二开关单元2的打开操纵发生故障时，用户可以通过观察由信号部件273发射的光信号L来理解这个开关单元仍处于闭合状况 ON(图5A)。
用户可以在第二开关单元2的合适的壁28(通常是前壁)处移除第二保护面板28B。以这种方式，使用户能够访问第一保护面板 28A(图5B)。
用户可以移除第一保护面板28A以便能够接近命令按钮271。在这个阶段，用户可以以使第二开关单元2执行打开操纵的方式操作 (例如，按下)命令按钮271。
优选地，紧急控制布置27包括感测部件274，其适于向控制器3 提供指示上述第一保护面板28A的移除状况的警报信号SA。
优选地，如果第一开关单元1处于闭合状况ON，那么控制器3 响应于接收到警报信号SA而命令第一开关单元1切换为打开状况 OFF。
优选地，如果第一开关单元1处于打开状况OFF，那么控制器3 响应于接收到警报信号SA而防止第一开关单元1切换为闭合状况 ON。
这个解决方案对于提高开关装置的操作安全性非常有用。实际上，如果出于任何原因而使用户能够访问紧急控制布置27，那么控制器3 规定将第一开关单元1置于或维持在安全状况下(即，处于打开状况 OFF)。以这种方式，如果使用户能够访问紧急控制布置27，那么自动地防止了第二开关单元2(特别是在第一开关单元1处于闭合状况ON下)的可能的危险抽出操纵。
相对于现有技术的可用的对应解决方案，本发明的开关装置100 提供了相关的优点。
在开关装置100中，机电开关单元2设有紧急控制布置27，其允许在出于任何原因(例如，由于缺乏辅助电源)而导致正常打开操纵失败的情况下迫使所述开关单元执行打开操纵。
这个解决方案防止在存在漏电流的情况下执行第二开关单元2的抽出操纵，如果第二开关单元2处于闭合状况ON(即使开关单元1 处于打开状况OFF，固态开关处于阻隔状态)，那么漏电流仍可能循环。
根据本发明的一个方面，开关装置的控制器3被配置为以这样的方式控制开关单元1、2：除了闭合状态(开关单元1、2的第一配置 [I])和打开状态(开关单元1、2的第三配置[O])之外，开关装置 100还可以采取待机状态(开关单元的第二配置[X])。
当开关装置100必须执行打开操纵(即，从闭合状态到打开状态的过渡)或闭合操纵(即，从打开状态到闭合状态的过渡)时，这个解决方案允许在开关单元1、2之间放松时间同步约束。
证明了采用本发明所预见的紧急控制布置27对于安全地实现这种控制逻辑是值得的。
当控制器3命令的这种切换操作由于任何原因而失败时，用户可以激活紧急控制布置27以迫使开关装置从待机状态(开关单元1、2 的第二配置[X])转到打开状态(开关单元1、2的第三配置[O])。
开关装置100因此可以根据稳健的控制逻辑来操作，这允许提高其整体效率和安全性。
开关装置100相对容易在工业水平上生产，并且相对于现有技术的类似设备，其可以以有竞争力的成本制造。

Claims (14)

1.一种用于配电网的开关装置(100)，其特征在于，包括：
-一个或多个第一线路端子和第二线路端子(91、92)，分别能够电连接到电气线路的对应的第一线路导体和第二线路导体(51、52)；
-具有一个或多个第一电极(1A)的第一开关单元(1)，每个第一电极包括能够电连接到对应的第一线路端子(91)的第一极触头(11)、第二极触头(12)以及电连接到所述第一极触头和第二极触头并适于在导通状态或阻断状态下操作以允许或中断电流流动的一个或多个固态开关(10)，
其中所述第一开关单元能够在所述固态开关处于导通状态的闭合状况(ON)与所述固态开关处于阻断状态的打开状况(OFF)之间可逆地切换，
其中所述第一开关单元能够在所述第一极触头与所述第一线路端子(91)耦合的***状况(A)和所述第一极触头从所述第一线路端子解耦的抽出状况(B)之间可逆地移动；
-具有一个或多个第二电极(2A)的第二开关单元(2)，每个第二电极包括能够电连接到第一开关单元(1)的对应的第二极触头(12)的第三极触头(23)、能够电连接到对应的第二线路端子(92)的第四极触头(24)以及电连接到所述第三极触头和第四极触头并适于在耦合状态或解耦状态下操作以允许或中断电流流动的电触头(20)，
其中所述第二开关单元能够在所述电触头处于耦合状态的闭合状况(ON)与所述电触头处于解耦状态的打开状况(OFF)之间可逆地切换，
其中所述第二开关单元能够在所述第四极触头与所述第二线路端子(92)耦合的***状况(A)和所述第四极触头(24)从所述第二线路端子解耦的抽出状况(B)之间可逆地移动；
-控制器(3)，适于控制所述开关装置的操作；
所述第二开关单元(2)包括能够由用户激活以使所述第二开关单元(2)从所述闭合状况(ON)切换到所述打开状况(OFF)的紧急控制布置(27)，所述紧急控制布置包括可以由用户操作的紧急命令按钮(271)，在移除所述第二开关单元的一个或多个结构部分(28，28A)后，用户能够访问所述紧急命令按钮。
2.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于所述第二开关单元(2)包括覆盖所述紧急命令按钮(271)的第一保护面板(28A)，在将所述第一保护面板从所述第二开关单元移除后，用户能够访问所述紧急命令按钮。
3.根据权利要求2所述的开关装置，其特征在于所述第二开关单元(2)包括覆盖所述第一保护面板(28A)的第二保护面板(28B)，在将所述第一保护面板和第二保护面板从所述第二开关单元移除后，用户能够访问所述紧急命令按钮(271)。
4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关装置，其特征在于，所述第二开关单元(2)的每个第二电极(2A)至少包括固定电触头(201)和可移动电触头(202)，
其中所述第二开关单元包括致动机构(29)，该致动机构(29)适于使所述第二开关单元的一个或多个可移动触头在与所述第二开关单元对应的固定触头耦合的位置和从所述固定触头解耦的位置之间可逆地移动，
其中所述紧急控制布置(27)适于在所述第二开关单元处于闭合状况(ON)时在被用户激活后使所述致动机构(29)脱扣以移动所述可移动触头，
其中所述致动机构(29)适于响应于所述紧急控制布置的脱扣而将所述可移动触头从与所述固定触头耦合的位置移动到从所述固定触头解耦的位置，使得所述第二开关单元从所述闭合状况(ON)切换到打开状况(OFF)。
5.根据权利要求4所述的开关装置，其特征在于所述紧急控制布置(27)包括操作地耦合到所述紧急命令按钮(271)的脱扣元件(272)，
其中，当所述紧急命令按钮被用户操作到激活位置时，所述脱扣元件适于使所述致动机构(29)脱扣。
6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关装置，其特征在于所述紧急控制布置(27)包括适于向用户提供指示所述第二开关单元(2)的操作状况(ON)的光信号(L)的信号部件(273)。
7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关装置，其特征在于所述紧急控制布置(27)包括适于向所述控制器(3)提供指示所述第一保护面板(28A)的移除状况的警报信号(SA)的感测部件(274)。
8.根据权利要求7所述的开关装置，其特征在于所述控制器(3)被配置为当所述第一开关单元处于所述闭合状况(ON)时，响应于接收到所述警报信号(SA)而命令所述第一开关单元(1)从所述闭合状况(ON)切换到所述打开状况(OFF)。
9.根据权利要求7至8中任一项所述的开关装置，其特征在于，所述控制器(3)被配置为当所述第一开关单元处于所述打开状况(OFF)时，响应于接收到所述警报信号(SA)而防止所述第一开关单元(1)切换到所述闭合状况(ON)。
10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关装置，其特征在于，所述控制器(3)被配置为控制所述第一开关单元和第二开关单元(1、2)，使得所述第一开关单元和第二开关单元根据以下操作配置组合地进行操作：
-与所述开关装置的闭合状态对应的第一操作配置([I])，其中所述第一开关单元和第二开关单元(1、2)都处于闭合状况(ON)；或者
-与所述开关装置的待机状态对应的第二操作配置([X])，其中所述第一开关单元(1)处于打开状况(OFF)并且所述第二开关单元(2)处于闭合状况(ON)；或者
-与所述开关装置的打开状态对应的第三操作配置([O])，其中所述第一开关单元和第二开关单元(1、2)都处于打开状况(OFF)。
11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关装置，其特征在于，所述控制器(3)包括接口部分(33)，该接口部分包括适于接收指示所述开关装置的期望操作状态的输入命令(CM1、CM2、CM3)的一个或多个输入端口。
12.根据权利要求11所述的开关装置，其特征在于，包括与所述接口部分(33)通信的人机接口(5)，所述人机接口适于在与用户交互时提供所述输入命令(CM1、CM2、CM3)。
13.根据权利要求11或12所述的开关装置，其特征在于，所述接口部分(33)能够从远程计算机化的设备(9)接收所述输入命令(CM1、CM2、CM3)。
14.根据前述权利要求中的一项或多项所述的开关装置，其特征在于，所述控制器(3)被包括在所述第一开关单元(1)中。
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