一种开关装置及供配电系统的制作方法

1.本技术涉及电子设备技术领域，尤其涉及到一种开关装置及供配电系统。


背景技术：

2.开关装置作为供配电系统中的关键器件，除了可以起到电路的通、断控制作用外，还具有一定的保护功能。具体来说，在开关装置中可以设置操作机构，操作人员可以通过控制该操作机构来进行断路器的闭合或断开状态的切换，从而实现电路的导通或者断开；另外，当电路产生过载、短路等故障后，开关装置还能自行切换到断开状态，以断开电路中的电流，从而实现其保护功能。现有的开关装置的分断时间往往受到流经的故障电流、机械动作速度或灭弧性能的限制，不能保证故障分断保护的及时性，因此难以实现对系统的快速保护。


技术实现要素：

3.本技术提供了一种开关装置及供配电系统，以实现对供配电系统的快速保护并提高供配电系统的安全性。
4.第一方面，本技术提供了一种开关装置，该开关装置包括断路器、传送机构和至少两个驱动发生器。其中，断路器用于导通或断开电气连接；至少两个驱动发生器相邻排列，每个驱动发生器用于驱动断路器断开；传送机构用于移动一个驱动发生器取代另一个驱动发生器的位置，这样可以使得一个驱动发生器后侧的驱动发生器依次取代前一个驱动发生器的位置。
5.在本技术中，利用驱动发生器的快速驱动能力，能够及时驱动断路器断开电气连接，从而提高开关装置的分断速度，实现对供配电系统的快速保护。并且，由于传送机构能够移动一个驱动发生器取代另一个驱动发生器的位置，因此开关装置具有至少两次将断路器断开的机会，也即能够实现对电路的多次保护，有效提高了电路运行的安全性。
6.在一些实施方案中，至少两个驱动发生器用于接收断开信号，其中：响应于该断开信号，至少两个驱动发生器中一个驱动发生器先驱动断路器断开，传送机构再移动至少两个驱动发生器中的另一个驱动发生器取代上述一个驱动发生器的位置，这样，在开关装置中的至少两个驱动发生器未全部发生动作的前提下，始终有一个驱动发生器能够响应断开信号并驱动断路器断开，从而实现对供配电系统的多次保护。
7.在一些实施方案中，开关装置还包括控制器，控制器用于：在电路处于异常状态下，向至少两个驱动发生器中的一个驱动发生器发送断开信号，从而使得驱动发生器能够响应于该断开信号驱动断路器断开，进而实现对电路的自动保护。
8.在一些实施方案中，开关装置还包括传感器，该传感器用于检测电路的电信号。控制器还用于：接收该电信号，并响应于该电信号确定电路的状态。当控制器确定电路处于异常状态下，控制器向至少两个驱动发生器中的一个驱动发生器发送断开信号，以使驱动发生器驱动断路器断开。
9.在一些实施方案中，断路器包括第一触头和第二触头，第一触头用于相对第二触头移动，驱动发生器通过驱动第一触头和第二触头相分离使得断路器断开，从而断开电路连接。
10.在一些实施方案中，开关装置还包括夹持机构，夹持机构用于接收夹持信号，其中：响应于夹持信号，夹持机构夹持第一触头，使断路器保持断开状态，以减小断路器自动合闸的风险。
11.在一些实施方案中，控制器还用于：在至少两个驱动发生器中一个驱动发生器驱动断路器断开之后，且传送机构移动至少两个驱动发生器中的另一个驱动发生器取代一个驱动发生器的位置之前，向夹持机构发送夹持信号，从而将第一触头固定在与第二触头分离的位置，减小断路器自动合闸的风险，提高供配电系统的安全性。
12.在一些实施方案中，夹持机构还用于接收张开信号，其中：响应于张开信号，夹持机构解除对第一触头的夹持，从而使得第一触头在外力驱动下与第二触头相接触使得断路器k导通。
13.在一些实施方案中，控制器还用于：在传送机构移动至少两个驱动发生器中的另一个驱动发生器取代一个驱动发生器的位置之后，向夹持机构发送张开信号，使得夹持机构解除对第一触头的夹持。在传送机构移动至少两个驱动发生器中的另一个驱动发生器取代一个驱动发生器的位置之后，开关装置已经具备自动分断能力，因此夹持机构解除对第一触头的夹持，使得第一触头能够在外力驱动下与第二触头相接触使得断路器导通，进而将供配电系统的电路导通。
14.在一些实施方案中，开关装置还包括操作机构，用于接受用户的第一操作，其中：响应于用户的第一操作，操作机构驱动断路器的第一触头与第二触头相接触，以使得断路器导通。
15.例如，在夹持机构解除对第一触头的夹持后，操作机构接受用户的第一操作，以驱动第一触头与第二触头相接触。
16.在一些实施方案中，操作机构还用于接受用户的第二操作，响应于用户的第二操作，操作机构驱动断路器的第一触头与第二触头相分离，以使得断路器断开。
17.例如，在对电路进行日常检测或维修的情形下，操作机构接受用户的第二操作，操作机构将断路器的第一触头和第二触头分离，将断路器断开，进而断开供配电回路的电气连接，以保证作业的安全性。
18.在一些实施方案中，驱动发生器包括火工品、气体发生器或烟火发生器中的一种或多种。这些类型的驱动发生器能够在受到外界刺激后产生燃烧或爆炸，从而产生快速的驱动力，驱动断路器快速断开。
19.第二方面，本技术还提供了一种供配电系统，该供配电系统包括母线以及前述第一方面任一实施方案中的开关装置，其中：母线的第一端用于通过第一线路与供电设备连接，母线的第二端用于通过第二线路与负载连接；开关装置连接于母线的第一端与第一线路之间或母线的第一端与第二线路之间。开关装置用于导通或断开母线的第一端与第一线路或母线的第一端与第二线路，实现对供配电回路的快速保护。并且，基于传送机构能够移动一个驱动发生器取代另一个驱动发生器的位置，因此开关装置能够实现对电路的多次保护，有效提高了供配电系统的安全性。
附图说明
20.图1为本技术实施例提供的一种供配电系统的应用场景示意图；
21.图2为本技术实施例提供的供配电回路的示意图。
具体实施方式
22.为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施例作进一步地详细描述。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本技术实施例中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本技术保护范围内。本技术实施例的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。
23.需要说明的是，在以下描述中阐述了具体细节以便于理解本技术。但是本技术实施例能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术实施例内涵的情况下做类似推广。因此本技术不受下面公开的具体实施方式的限制。
24.图1为本技术实施例提供的一种供配电系统的应用场景示意图。参考图1所示，在本技术实施例提供的供配电系统应用于企业用电、家庭用电或者商业用电等多场景中，用于接通、承载、分断供电网与用电设备之间的电流。该供配电系统包括母线和开关装置。其中，母线的第一端通过第一线路与供电设备的输出端连接，母线的第二端通过第二线路与负载的输入端连接，从而利用供电设备为负载提供电能。
25.其中，供电设备为一个或多个，以满足负载的用电需求。在供电设备为多个的情况下，该多个供电设备并联设置，每个供电设备通过一个第一线路与母线的第一端连接，从而将各自输出的电流汇入母线中提供给负载，这样，若其中某一供电设备出现故障，也能够利用其它供电设备持续为负载供电，保证供配电系统的可靠运行。
26.在一些实施例中，供电设备包括市电供电线路，市电供电线路的输出端与母线的第一端之间的第一线路中设置有第一功率模块，该第一功率模块用于将市电供电线路提供的交流电转换为直流电，之后再通过母线向负载侧输出。示例性的，第一功率模块包括交流电/直流电(alternating current/direct current，ac/dc)变换器，以用于将市电供电线路提供的交流电转换为直流电。
27.在一些实施例中，供电设备还包括光伏组件，光伏组件包括多个电池板，这些电池板利用半导体材料的光伏效应，将太阳能转化为电能后输出。光伏组件的输出端与母线的第一端之间的第一线路中也设置有第一功率模块，以利用第一功率模块对来自于电池板的电流或电压进行功率变换，使光伏组件的输出功率与母线上的功率能够相匹配。
28.在一些实施例中，供电设备还包括储能电池，类似地，储能电池的输出端与直流母线的第一端之间的第一线路中也设置有第一功率模块，以利用第一功率模块对来自于储能电池的电流或电压进行功率变换，使光伏组件的输出功率与直流母线上的功率能够相匹配。
29.在本技术实施例中，每个第一线路中设置有一个开关装置，在一种实现中，开关装置连接于第一功率模块与母线的第一端之间，开关装置用于控制供电设备与母线连接的通断，以及起到保护电路的功能。在实际应用中，用户通过控制开关装置的闭合或断开状态，
实现电路的导通或断开，另外，当电路产生过载、短路等故障后，该开关装置具备自行切换到断开状态的能力，从而切断供电设备与直流母线之间的电流，实现其保护功能。
30.请继续参考图1，在本实施例中，负载为一个或多个，在负载为多个的情况下，该多个负载并联设置，每个负载通过一个第二线路与母线的第二端连接。第二线路中设置有第二功率模块，该第二功率模块用于将直流母线上的电流或电压进行功率变换，以使直流母线输入给负载的功率与负载的额定功率相匹配。示例性的，第二功率模块包括直流电/直流电(direct current/direct current，dc/dc)变换器。负载包括家庭用电设备、工业用电设备、直流充电桩等等。
31.在本技术实施例中，每个第二线路中设置有一个开关装置，用户通过控制开关装置的闭合或断开状态，实现电路的导通或断开，另外，当电路产生过载、短路等故障后，该开关装置具备自行切换到断开状态的能力，以切断母线与负载之间的电流，实现其保护功能。
32.图2为本技术实施例提供的供配电回路的示意图。图2中示例性地示出了一个供电设备和一个负载，以及连接于两者之间的其中一个开关装置。开关装置连接于母线的第一端与第一线路之间或母线的第一端与第二线路之间。在一种实施方式中，该开关装置为第一线路中的开关装置，开关装置用于导通或断开供电设备与母线之间的电气连接。在一种实施方式中，开关装置为第二线路中的开关装置，开关装置用于导通或断开负载与母线之间的电气连接。以下实施例以第二线路中的开关装置为例进行阐述。
33.参考图2所示，在本技术实施例中，开关装置包括断路器k、传送机构和至少两个驱动发生器a，断路器k用于导通或断开电气连接。例如，断路器k设置于母线与负载的输入端之间的第二线路中，用于导通或断开第二线路的电气连接。至少两个驱动发生器a相邻排列，每个驱动发生器a用于驱动断路器k断开，继而断开第二线路的电气连接。
34.在一些实施例中，开关装置还包括壳体，壳体以用于容置上述断路器k、传送机构和驱动发生器，并为这些部件提供一定的防护作用。
35.在一些实施例中，断路器k包括空气开关。断路器k包括第一触头k1和第二触头k2。示例性地，第一触头k1为动触头，第二触头k2为静触头。第一触头k1用于相对第二触头k2移动。例如，第一触头k1能够在外部作用力的驱使下相对第二触头k2移动，从而实现第一触头k1与第二触头k2的接触或分离。在第一触头k1与第二触头k2接触的状态下，断路器k将母线与负载之间导通；在第一触头k1与第二触头k2分离的状态下，断路器k将母线与负载之间断开。传送机构用于移动一个驱动发生器a取代其相邻的另一个驱动发生器a的位置，从而能够将一个驱动发生器a后侧的至少一个驱动发生器a依次取代前一个驱动发生器a。
36.在本技术实施例中，驱动发生器a驱动第一触头k1和第二触头k2相分离使得断路器k断开。其中，驱动发生器a包括火工品、烟火发生器或者气体发生器等一次性使用器件中的一种或多种。驱动发生器a在受到外界刺激后产生燃烧或爆炸，从而产生快速的驱动力，驱动第一触头k1与第二触头k2快速分离。
37.以驱动发生器为火工品为例，火工品包括外壳、堵头、炸爆炸性化合物、引信以及传动件。爆炸性化合物和引信位于外壳的内腔中，堵头用于封堵内腔的开口，以密封炸爆炸性化合物和引信，传动件设置于堵头上，传动件背离堵头的一端与断路器的第一触头接触。其中，爆炸性化合物包括炸药或者火药，引信为低压信号单元。引信通过信号线与外部信号源连接，在收到外界信号源发送的激活信号后，引信激活爆炸性化合物在外壳中燃爆，爆炸
性化合物燃爆后会在外壳中形成高压，这样，堵头在外壳内腔高压的作用下与外壳分离，从而带动传动件同步向远离外壳的方向运动，并在运动过程中驱使断路器k的第一触头k1与其第二触头k2分离。
38.请继续参考图2，至少两个驱动发生器a用于接收断开信号，响应于该断开信号，至少两个驱动发生器中一个驱动发生器a先驱动断路器k断开，传送机构再移动至少两个驱动发生器a中的另一个驱动发生器a取代上述一个驱动发生器a的位置。
39.例如，驱动发生器a1接收到断开信号，响应于该断开信号，驱动发生器a1先驱动断路器断开，之后传送机构再移动驱动发生器a2取代驱动发生器a1的位置；驱动发生器a2接收到断开信号，响应于该断开信号，驱动发生器a2驱动断路器断开，之后传送机构再移动驱动发生器a3取代驱动发生器a2的位置，以此类推，在开关装置中的至少两个驱动发生器a未全部发生动作的前提下，始终有一个驱动发生器a能够响应断开信号并驱动断路器k断开，从而实现对供配电系统的多次保护。
40.在实际应用中，用户可以自行补充开关装置中的驱动发生器a，例如在断路器k每次断开之后进行一次补充，从而保证开关装置中始终存在备用的驱动发生器，提高供配电系统的使用安全性。
41.在一些实施例中，开关装置还包括控制器，控制器用于在电路处于异常状态的情况下，控制器向至少两个驱动发生器a中的一个驱动发生器a发送断开信号，从而使得驱动发生器a能够响应于该断开信号驱动断路器k断开，进而实现对电路的自动保护。其中，电路的异常状态包括短路、过载、高压、欠压中的一种或多种。
42.在一些实施例中，开关装置还包括传感器，该传感器用于检测电路的电信号，示例性的，该电信号包括电流信号或者电压信号，相应地，传感器包括电流传感器或电压传感器。控制器用于接收电信号，并响应于该电信号确定电路的状态。例如，控制器响应于该电信号确定电路处于正常状态或异常状态。如前所述，在电路处于异常状态的情况下，控制器向至少两个驱动发生器a中的一个驱动发生器a发送断开信号，以使驱动发生器a驱动断路器断开。
43.通过以上描述可以看出，本技术实施例所提供的开关装置，利用驱动发生器a的快速驱动能力，在供配电系统的电路出现异常的情况下，驱动发生器a将断路器k的第一触头k1与第二触头k2快速分离，从而及时断开电路的电气连接，实现对供配电系统的快速保护。经验证，相较于传统的机械开关，本技术实施例所提供的开关装置能够将分断时间降低至1毫秒以内，快速的分断时间可以将故障电流限制在较小值范围，有助于断路器内灭弧系统的设计，降低灭弧系统的成本。另外，该开关装置在至少两个驱动发生器a中的一个驱动发生器a发生动作后，利用传送机构将至少两个驱动发生器a中的另一个驱动发生器a取代已经发生动作的驱动发生器a的位置，以在电路再次出现异常时再次起到保护作用，以此类推，即实现对电路的多次保护，因此有效提高了供配电系统的安全性。
44.请继续参考图2，在本技术实施例中，开关装置还包括夹持机构，该夹持机构用于接收夹持信号，夹持机构响应于夹持信号，夹持机构夹持第一触头k1使得断路器k保持断开状态，以减小断路器k自动合闸的风险。
45.在一些实施例中，控制器还用于在至少两个驱动发生器a中一个驱动发生器a驱动断路器k断开之后、且传送机构移动至少两个驱动发生器a中的另一个驱动发生器a取代一
个驱动发生器a的位置之前，控制器向夹持机构发送夹持信号，从而将第一触头k1固定在与第二触头k2分离的位置，减小断路器k自动合闸的风险，提高供配电系统的安全性。
46.在本技术实施例中，夹持机构还用于接收张开信号，夹持机构响应于张开信号，夹持机构解除对第一触头k1的夹持，从而使得第一触头k1在外力驱动下与第二触头k2相接触使得断路器k导通。
47.在一些实施例中，控制器还用于在传送机构移动至少两个驱动发生器a中的另一个驱动发生器a取代一个驱动发生器a的位置之后，控制器向夹持机构发送张开信号，使得夹持机构解除对第一触头k1的夹持。
48.上述方案中，在前一个驱动发生器a已发生动作后、传送机构移动至少两个驱动发生器a中的另一个驱动发生器a取代一个驱动发生器a的位置之前，夹持机构夹持住第一触头k1，将第一触头k1强制固定在与第二触头k2分离的位置，而在传送机构移动至少两个驱动发生器a中的另一个驱动发生器a取代一个驱动发生器a的位置之后，由于开关装置已经具备了自动分断能力，因此夹持机构解除对第一触头k1的夹持，使得第一触头k1能够在外力驱动下与第二触头k2相接触使得断路器导通，进而将供配电系统的电路导通。
49.在一些实施例中，卡持机构包括卡持部和驱动组件，驱动组件用于驱动卡持部闭合或张开。在第一触头k1与第二触头k2分离的状态下，第一触头k1位于卡持部的卡持空间内，卡持部闭合即夹紧第一触头k1，而卡持部张开即松开对第一触头k1的钳制。
50.请继续参考图2，在本技术实施例中，开关装置还包括操作机构b，该操作机构b用于接受用户的第一操作，操作机构b响应于用户的第一操作，操作机构b驱动断路器k的第一触头k1与第二触头k2相接触使得断路器导通。例如，在夹持机构解除对第一触头k1的夹持后，夹持机构接受用户的第一操作，操作机构驱动第一触头k1与第二触头k2相接触。
51.此外，操作机构b还用于接受用户的第二操作，操作机构b响应于用户的第二操作，操作机构b驱动断路器k的第一触头k1与第二触头k2相分离使得断路器k断开。例如，若供配电系统存在日常检测或维修需求，操作机构b接受用户的第二操作，操作机构b将断路器k的第一触头k1和第二触头k2分离，将断路器断开，进而断开供配电回路的电气连接，以保证作业的安全性。在检测或维修完成后，操作机构b接受用户的第一操作，操作机构b驱动第一触头k1与第二触头k2相接触，重新导通供配电系统的电气连接。在此过程中，供配电系统无故障发生，驱动发生器不发生动作，因此不会消耗开关装置中所储备的驱动发生器a。
52.在一些实施例中，操作机构b与断路器的第一触头k1连接，以使得第一触头k1能够在操作机构b的驱动下相对于第二触头k2移动。示例性的，操作机构b包括连杆机构，连杆机构的结构形式可根据开关装置的实际应用场景，以便于用户操作为原则进行设计，此处不做过多赘述。
53.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种开关装置，其特征在于，包括断路器、传送机构和至少两个驱动发生器，其中：所述断路器用于导通或断开电气连接；所述至少两个驱动发生器相邻排列，每个所述驱动发生器用于驱动所述断路器断开；所述传送机构用于移动一个所述驱动发生器取代其相邻的另一所述驱动发生器的位置。2.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述至少两个驱动发生器用于接收断开信号，其中：响应于所述断开信号，所述至少两个驱动发生器中一个所述驱动发生器先驱动所述断路器断开，所述传送机构再移动所述至少两个驱动发生器中的另一个所述驱动发生器取代所述一个驱动发生器的位置。3.如权利要求2所述的开关装置，其特征在于，所述开关装置还包括控制器；所述控制器用于：在电路处于异常状态下，向所述至少两个驱动发生器中一个所述驱动发生器发送所述断开信号。4.如权利要求3所述的开关装置，其特征在于，所述开关装置还包括传感器，所述传感器用于检测所述电路的电信号；所述控制器用于：接收所述电信号，并响应于所述电信号确定所述电路的状态。5.如权利要求3或4所述的开关装置，其特征在于，所述断路器包括第一触头和第二触头，所述第一触头用于相对所述第二触头移动，其中：所述驱动发生器驱动所述第一触头和所述第二触头相分离使得所述断路器断开。6.如权利要求5所述的开关装置，其特征在于，所述开关装置还包括夹持机构，所述卡持机构用于接收夹持信号，其中：响应于所述夹持信号，所述夹持机构夹持所述第一触头使得所述断路器保持断开状态。7.如权利要求6所述的开关装置，其特征在于，所述控制器还用于：在所述至少两个驱动发生器中一个所述驱动发生器先驱动所述断路器断开之后，且所述传送机构移动所述至少两个驱动发生器中的另一个所述驱动发生器取代所述一个驱动发生器的位置之前，向所述夹持机构发送所述夹持信号。8.如权利要求6或7所述的开关装置，其特征在于，所述夹持机构还用于接收张开信号，其中：响应于所述张开信号，所述夹持机构解除对所述第一触头的夹持。9.如权利要求8所述的开关装置，其特征在于，所述控制器还用于：在所述传送机构移动所述至少两个驱动发生器中的另一个所述驱动发生器取代所述一个驱动发生器的位置之后，向所述夹持机构发送所述张开信号。10.如权利要求8或9所述的开关装置，其特征在于，所述开关装置还包括操作机构，所述操作机构用于接受用户的第一操作，其中：响应于所述用户的第一操作，所述操作机构驱动所述第一触头和所述第二触头相接触使得所述断路器导通。
11.如权利要求10所述的开关装置，其特征在于，所述操作机构还用于接收用户的第二操作，其中：响应于所述用户的第二操作，所述操作机构驱动所述第一触头和所述第二触头相分离使得所述断路器断开。12.如权利要求1至11任一项所述的开关装置，其特征在于，所述驱动发生器为火工品、气体发生器或烟火发生器。13.一种供配电系统，其特征在于，包括母线以及如权利要求1至12任一项所述的开关装置，其中：所述母线的第一端用于通过第一线路与供电设备连接，所述母线的第二端用于通过第二线路与负载连接；所述开关装置连接于所述母线的第一端与所述第一线路之间或所述母线的第一端与所述第二线路之间。

技术总结
本申请公开了一种开关装置及供配电系统，以实现对供配电系统的快速保护并提高供配电系统的安全性。开关装置包括断路器、传送机构和至少两个驱动发生器，其中：断路器用于导通或断开电气连接；至少两个驱动发生器相邻排列，每个驱动发生器用于驱动断路器断开；传送机构用于移动一个驱动发生器取代其相邻的另一驱动发生器的位置。一驱动发生器的位置。一驱动发生器的位置。


技术研发人员：张秀锋 孙吉升
受保护的技术使用者：华为数字能源技术有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/18