模块化小型化的开关设备 相关申请交叉参考
本专利申请涉及相应的序列号为＿＿(代理人档案98-PDC-065)、序列号为＿＿(代理人档案97-PDC-524)和序列号为＿＿(代理人档案97-PDC-611)的美国专利申请；它们全部与本申请同时提交。技术领域
一般地说，本发明涉及开关设备(switchgear)和其他开关装置，它们使用采用高于空气电阻率的绝缘的密封的中断器，更具体地说，涉及紧凑型开关设备，它们利用模块化部件来减小系统的总体尺寸。背景技术
电路断路器对电气系统提供保护，使其免受电气故障状况的影响，如电流过载、电路短路、和异常电压水平的情况。通常，电路断路器包括一个由弹簧供给能量的操作机构，它响应异常状况，打开电触点以中断通过一个电气系统上导体的电流。特别是，已知一种真空电路中断器装置，它包括放置在绝缘外壳中的可分离的主触点。通常，相对于外壳以及一个外部电导体，触点之一是固定的，该外部电导体与电路中断器控制地电路互连。另一个触点是可移动的。在真空电路中断器的情况下，可移动触点组件通常包含一个环形截面的棒(stem)，其封闭于真空盒内的一端具有触点，而在真空盒外的另一端有一个驱动机构。一个操作杆(rod)组件包含一个被固定在该棒的与可移动触点相对一端的推动杆，它和一个驱动机构提供推动力，使可移动触点与固定触点接合或脱离接合。
操作杆组件在操作上与一个可闭锁的操作机构相连，该机构响应异常电流状态。当达到一种异常状态时，该可闭锁操作机械变为解锁状态，使操作杆运动到开位置。操作杆的运动续而造成触点钟形曲柄转动，于是如上文讨论的那样，这样控制了可动触点的运动。
提供与操作杆组件相连的压缩弹簧，以便能够把可动触点和固定触点分离开，并确保有必要的力，以使触点不会在不适当的状态下意外打开。此外，当出现需要中断电路的适当环境时，需要一个合适的力以足够的速度打开触点。如果触点不能迅速打开，则存在触点熔化在一起并且不能中断电流的危险。
真空中断器或重合器(reclosure)通常用于例如可靠地中断中等电压交流(ac)电流，而在真空中断器的情况中也能中断几千安培或更大的高压交流电流。重合器包括通常被设计成在以安培而不是千安计量的电流范围中操作，并且在给定延时之后自动闭合，可达给定的次数，以图自动重建该电路的中断器。然而，从本发明的观点来看，这里讨论的原理同样地适用于这二者，而且还适用于其他负载切断开关、断路器和开关断接器。
通常，根据先有技术的实践，为一个多相电路的每一相提供一个真空中断器，对若干相的中断器由一个共同的可闭锁操作机构同时启动。这不允许多相间的“波上点(point-on-wave)”切换，而且会产生电压瞬变和不均匀接触损耗。
采用真空中断器的中等尺寸开关装置通常有一个前端低电压部分恰好在前面板的后尾，该前面板通常包括断路器控制部分。通过使用支架，使该低电压部分与包括真空中断器在内的高电压部分电绝缘。该支架允许各导体部件之间有足够的间距，所以外壳内的空气可以是有效的绝缘体以使开关设备的低电压部分与高电压部件绝缘。然而，这个间距也影响了单元的尺寸。
为减小这些单元的尺寸，近来进行了更多的尝试，试图通过对这些单元密封并填充气体绝缘体，其介电能力高于空气，如SF6。然而，这又会产生若干影响环境的问题。
因此，希望设计一种改进的中等电压开关设备，它能减小总尺寸并增强单元的服务能力。发明内容
本发明能满足这些和其他需要，本发明包含一个电路开关系统，它由若干个内嵌式的集成的模块单元构成，每个模块被封闭在固体电绝缘体中，它使各模块之间作为接口的导体部件不与周围的较低电压部分接触。在一个实施例中，模块之一包含一个真空开关装置(下文中称作“隔离器模块”)有多个静止触点和一个可动触点机构，该可动触点机构可与这些静止触点中的任何一个连接，该静止触点都被封闭在一个真空容器中，也称作真空瓶。至少有两个导体电路部件分别与静止触点之一以及可动触点机构相连，以第二静止触点接地。在隔离器模块的真空容器内的可动触点可与一个单独的断路器模块上的一个触点相连，该断路器模也能含有一个真空电路中断器。在隔离器模块上的每个外部电连接可与线路源(例如，主母线)，或单独的断路器模块上的一个电连接器相连，终止于一个被绝缘的电连接器，它被设计成与线路源上的一个辅助的被绝缘电连接器配对，以及断路器模块。在开关系统模块上的其他外部电连接体(它们与该系统中的其他模块接口)或该电路接口也类似地利用辅助的被绝缘电连接器，使该接口与外部环境电绝缘，并密封那些配对的电连接器使其不与周围的较低电压部分接触，同时保持好的电连接；可能的例外是与地的连接。当隔离器模块被设计成适用于不只一个线路源时，如果只使用单个线路源，则暴露的电连接器用一个完全被绝缘的辅助连接器匹配，该辅助连接器是以辅助的非导电插头的形式，使得未使用的电连接器与开关系统周围的或环境(如空气)中的较低电压部分隔离。真空隔离器模块可操作，以在需要服务时把断路器模块交替地连接到一个或多个源或地，或以两个触点都处于打开状态从而使隔离器模块能把断路器模块隔离在浮接状态中。
断路器模块形成本发明的第二模块部件，它包括一个传统的真空中断器，被设计成承受由断路器的功能所经受的电流，其端子与伸过真空容器中的被绝缘的电连接器相连。希望断路器模块的两个伸过真空瓶的被绝缘电连接器有相同的设计，从而使两个连接器中的任何一个能连接到电路的任何一侧。该断路器模块进一步包括一个集成的或单独的内嵌式(in-line)致动器，它专用于致动断路器模块上的可动触点，而且最好的是封闭在一个被绝缘的外壳中，该外壳能容纳真空容器和内嵌式致动器二者。在一个最佳实施例中，内嵌式致动器利用两个线圈，每个线圈分别控制可动触点运动的不同方向。每个内嵌式致动器线圈上的电压能被独立地控制，从而能对可动触点适当地加能使其沿希望的方向运动和制动它以使可动触点易于软着陆。另一种作法是可以利用单个线圈，它带有使流经线圈的电流反向的手段。对电路的每一相，采用单独真空隔离器模块以及包含真空中断器和内嵌式致动器的断路器模块。
负载连接器形成本发明的第三模块。负载连接器模块包括单独的被绝缘的电输出连接器用于负载的每一相，它们被设计成与负载接口上的辅助被绝缘电连接器配对，使该接口与外部环境电绝缘，并密封那些配对连接器使与周围的较低电压部分隔离，而同时保持好的电连接。负载连接器模块还包括用于每相的电流监视互感器和电连接体用于插入一个模块变压器。负载连接器进一步包括被绝缘的电输入连接器，它们分别与相应的输出电连接器电接触，并分别与每个断路器模块上的辅助电连接器配对。负载连接器模块部件装在一个固体的、电绝缘的外壳中。
还提供了一个波上点(point-on-wave)控制器，在一个实施例中，它适于接收来自三相电流监视互感器、变压器以及监视断路器模块部件位置、速度、温度和过去历史以及可得到的控制电压的各传感器的输入。波上点控制器分析断路器模块的特性和负载电流波形，监视和接收来自电路切断继电器的输入，并向内嵌式致动器提供指示，以在适当的时刻打开或闭合适当的相，从而使瞬变电压和对电路及电路开关系统部件的反冲击达到极小。波上点控制器通过在其零电流的关闭每一相，使在电路闭合时的电弧最小并减小再发生火花的可能性，在这些方面波上点控制器特别有用。
因此，利用可分离的辅助的被绝缘电连接器，使各模块单元的电流承载部件与周围的较低电压部分充分绝缘。此外，每个模块单元外壳的外层复盖一个导电涂层，这允许各模块紧密接触而不会使周围的空气电离。规定的绝缘性和导电涂层使各模块能在电路开关系统外壳内紧密得多地放置在一起，从而显著地减小开关系统的总尺寸。可分离的、可拆卸的模块进一步增强了服务，而波上点控制器以及内嵌式致动器的断路能力延长了集成部件的可用寿命及该系统的可用寿命。附图说明
结合附图阅读下文中对最佳实施例的描述能得到对本发明的进一步理解，其中：
图1显示本发明的模块机械部件；
图2显示本发明的模块系统各部分，特别显示出波上点控制器和与模块系统其余部分的通用电源交互；
图3a是本发明的断路器电极单元(pole unit)组件模块的侧视图，部分为剖面图；
图3b是可以被本发明的断路器模块采用的内嵌式(in-line)致动器的侧视剖面图，其中包含两个致动器线圈；
图4显示本发明的三位置真空隔离器模块；
图5a显示本发明的机械模块部件，它们与单个三相母线结构相连；
图5b显示本发明的机械模块部件，它们与可以交替连入系统的两个单独的母线三相电源相连；
图6a以图形显示同时打开先有技术的三极中断器对三相故障电流波形的作用；以及
图6b以图形显示根据本发明的电路断路器的三个极同步打开对三相故障电流波形的作用，该电路断路器对每个极有单独的致动器。具体实施方式
图1显示本发明的模块机械部件。断路器模块14包含一个真空中断器/线性致动器组件。尽管图3(a)显示的是只把该组件的真空中断器部分密封在一个固体的被绝缘外壳24(如环氧树脂、硅、聚氨酯等)中，但应该理解，整个单元也可以被密封在被绝缘外壳中，然而致动器没有必要被这样绝缘，因为它是一个较低电压部件。断路器模块14的真空中断器部分26是一个传统的电路断路器真空中断器设计，在图3中更充分地显示。真空中断器26装在一个密封容器34中并包括一个静止触点28和一个可动触点30，可动触点30由一个推动杆/可动触点棒组件32致动，组件32可滑动地和密封地插入容器34并且可操作地使可动触点30运动以与静止触点28接合或分离。静止触点28通过一个密封在被电绝缘的外壳24中的电导体与一个电连接器38相连，该电连接器38被设计成与图1中所示真空隔离器模块12上的相应辅助电连接器配对。类似地，可动触点通过一个电导体与电连接器36相连，电连接器36也由被电绝缘的外壳24屏蔽，并被设计成与图1中所示负载连接器模块16上的辅助电连接器配对。电连接器36和38可以是插头或者是插座，但希望有相同的设计，从而使连接可以互换。可动触点棒/推动杆组件32又与内嵌式致动器40上的衔铁相连，该致动器40响应一个适当的驱动信号的输入，驱动可动触点与静止触点28接合或脱离接合，该驱动信号加到内嵌式致动器线圈44的电连接器上，它是从波上点控制器模块中引出的，将针对图2更详细地描述该波上点控制器模块。
内嵌式致动器40是传统设计的，包含一个或两个电绕组绕在一个可导磁的、中空线圈架上，该中空线圈架放在一个中空稀土磁体相临的位置。在双线圈设计中，稀土磁体放在这两个线圈之间，而衔铁放在稀土磁体的中空中心。在单线圈的设计中，如图3(a)所示，一个给定极性的电压加到线圈39上，以使衔铁45沿第一方向运动，一个相反极性的电压加到线圈39上，以使衔铁45沿相反方向运动。在图3(b)所示内嵌式致动器40的双线圈设计中，电压以第一方向加到线圈之一39上，以使衔铁沿第一方向运动，电压以相反方向加到第二线圈41上，以使衔铁42沿相反方向运动。在图3(b)所示双线圈设计中，波上点控制器模块(下文中将针对圈2更详细地描述该模块)独立地控制加到每个线圈上的电压，而且在一个实施例中被编程，使得以适当的时间和大小同时向两个线圈加电压，以制动可动触点30和使它容易地在静止触点28上软着陆。另一种作法是，在单线圈设计中，能刚好在触点闭合之前向驱动线圈施加的电压极性被反转来软着陆。以那种方式，由加到相应电线圈上的适当驱动电流驱动可动触点在双方向上运动，并使运动受到控制以减小一部件磨损。虽然因为加到内嵌式致动器上的电压与真空中断器上的电压相比是较小的，但仍然希望如图1所示让被绝缘的外壳24包围整个制动器模块14，以形成集成单元增强整个模块的整体性，尽管这不是必须的。
真空隔离器模块12(图1所示)插在母线和断路器模块14的电连接器38或36之一二者之间；最好是电连接器38与静止触点28电连接。在图4中更充分地显示真空隔离器模块12，该图中显示一个三位置隔离器，它能使断路器模块14与第一或第二母线或地相连。另一种作法是，本发明的真空隔离器模块能利用两位置真空隔离器，那里只预期一个母线连接，而且不想要与他连接，当然最好是带有与地连接的三位置真空隔离器模块。真空隔离器模块12在许多方面与先前针对图3描述的断路器模块14的真空中断器相似。断路器模块的电连接器之一，或36或38，以及更一般的38，与真空隔离器模块12上的输入电连接器46之一相连。这种连接是通过辅助插头和插座设计实现的，该设计使连接器内的电导体电绝缘，并使这些导体基本上与周围的较低电压部分隔离。电连接器46通过一电导体与可动触点组件48(在图上由它的位置指出，但没有明确画出)相连，该组件48在隔离器模块12内的密封真空容器50、50N内可以纵向移动和相对(reciprocal)。真空容器50、50N还容纳两个静止触点52和56(在图上由它们的位置指出)，它们分别经由单个导体连到电连接器54和58，该电连接器54和58与辅助电连接器配对，而该辅助电连接器分别与接地(ground connection)和母线相关联；当然，本领域技术人员会理解，这样绝缘接地不是必须的。电连接器54和62与同一静止触点相连。如果只利用单个母线，则可使用被绝缘的可密封的插头60，以电绝缘电连接器之一，如62，并使该导体基本上不与周围的较低电压部分接触。图4中所示三位置真空隔离器模块12由两个背靠背的真空中断器容器50和50N构成，它们分别容纳可动触点48和静止触点52以及可动触点49和静止触点56。在这一结构安排中，可动触点48和49与同一电连接器46相连。肘节68在相对静止触点52的相反方向上移动可移动触点推动杆66，向可移动触点48提供两个稳定位置，或者与静止触点52接合或者与其脱离接合。类似的并且独立于可移动触点48的位置，肘节(toggle)68被安排成使可动触点推动杆67沿着相对于静止触点56相反的方向运动，向可动触点49提供两个稳定的位置，或者与静止触点56接合或者与其脱离接合。当可动触点49完全闭合而可动触点48处于开路位置时，该系统被接地。当可动触点48完全闭合而可动触点49处于开路位置时，断路器模块14通过电连接器54与电源相连。当肘节68使两个可动触点48和49都处于开位置，分别与相应的静止触点52和56脱离接触时，断路器模块14是浮接的(floating)。肘节68设计成有一个互锁，它防止两个可动触点48和49同时闭合。使用内嵌式致动器作为可动触点的驱动机构，能达到类似结果。另一种作法是如序列号为＿＿(代理人档案98-PDC-065)的申请(与本申请同时被受理)中描述的那样设计三位置隔离器模块。
能串联若干个真空隔离器模块12，如图5b中所示，以把不止一个线路连到负载，从而增大功率输入或提供另一个备用电源。这样，在真空隔离器模块内的、经由电连接器46与断路器模块14连接的可动触点能把断路器模块14与两个母线之一相连或与地相连，或以可动触点48和49都处于开位置来提供浮动断连接。在图4所示实施例中，可动触点48和49在肘节68和推动杆66、67的影响下运动穿过三个分立的可动触点位置：任何一个可动触点相对于其相应的静止触点闭合，或两个可动触点都打开，这些位置由过中心肘节机构(over-center-toggle mechanism)68在隔离器模块12前表面上的转动作用开关(未画出)影响下进行控制。与其他系统模块接口的隔离器模块12电导体部分被封闭在固体的被绝缘的外壳70中。
回来参考图1，将会理解，提供了第三集成模块16把断路器模块的端子之一(通常为36)连接到多导体电缆负载电路72的一个导体电缆。负载电路连接器模块16包括相应的电连接器74，该电连接器分别电绝缘和基本隔离负载导体，使其免于与周围的较低电压部分接触。对每个导体电缆提供一个电连接器74。多导体电缆可能分别承载来自多相电流电路的不同相电流或者分离给定相位的电流。这样，多导体电缆负载电路72能包含不只是图1所示三个导体电缆，那只是为了演示的目的。每个电连接器74通过内部电导体耦合到输出电连接器76，其被设计成与断路器模块14的电连接器36或38之一配对；更一般地是连接器36。每相还具有集成的电流互感器80，它提供监视输出，在图1中未画出。负载电路连接器模块16还包括插入接头78，用于变压器18，它在内部配置成在负载电路连接器模块16内，以线路各相之一与地连接。整个负载电路连接器模块16被封闭在固体电绝缘物之内，如环氧树脂、硅、聚氨酯等。
这样，图1显示本发明的电路开关系统的高电流、插接在一起的机械模块。应该理解，每一相需要一个断路器模块14，类似地，负载每相需要至少一个真空隔离器模块12。图2中更充分地显示波上点控制模块88中的监视和控制功能，该控制模块接收来自电流互感器(它构成负载电路连接器模块16的一部分)、变压器(它构成模块18)以及电路开关系统中的其他传感器的输入，并为断路器模块14中的内嵌式致动器40提供驱动信号。
本发明的波上点控制模块84包括可编程控制器88和驱动器电路96，该波上点控制模块84操作电压大大低于由图2中参考字符14表示的断路器模块所保护的线路和负载电压。驱动波上点控制模块84中电子部件和控制电路用的电压是由调节(conditioning)电路86提供的，它构成通用电源，用于本发明的各种监视、控制和致动功能。电源86向波上点控制器88的和驱动器96提供输入，驱动器96向断路器模块14中的插入式致动器40提供适当的致动信号。波上点控制器88接收来自输入模块16的三相电流互感器的输入；由模块18输出的电压；来自温度传感器(该温度传感器监视关键触点位置的温度)、闭合度传感器94(它识别电路的每相的每个真空中断器14的状态)以及与真空中断器14关联的加速度计和速度传感器的输出。也能接收其他传感器输入以更好地理解环境、部件的当前状态、服务记录以及系统的操作历史。还由人工操作的继电器和/或切断(trip)继电器提供输入，这些继电器进行例如瞬时的或延时的跳闸计算。波上点控制器88根据其编程的功能，通过向驱动器96提供适当的输出信号，对线路源的每一相，在电流周期中的适当点处独立地给插入式致动器40加能量，从而实现断路器模块14中触点的编程的同步闭合。例如，如果收到人工闭合命令90，则波上点控制器将监视每相中的电流周期，并在最合适的时刻指示插入式致动器闭合断路器模块14中相应的真空中断器，以达到电路状态的最佳方案，它是负载类型(例如电容型、电感型等)的函数。另一方面，如果波上点控制器接收一个跳闸信号，它将指示各插入式致动器40立即打开断路器模块14中它们对应的真空中断器，以避免设备损坏并使电弧最小。对于每种负载，通常对关闭和有两种方案，对电路打开有两种方案—正常负载和故障状态。
更具体地说，在模块84中的波上点控制器88是一个基于微处理器的电子控制器，它提供单极同步接与断电路连接，以提高断路器模块14中的真空中断器触点以及其他系统部件的寿命，并极大地减小开关电涌同时又提供独特小尺寸的产品。波上点控制器模块84还为永久磁体插入式致动器电路40提供时间校正，以补偿触点腐蚀、磨损和环境状况。该系统根据电子的或人工的命令信号实现其功能。
驱动插入式致动器40的电子部件包括：功率调节器和电源86，波上点控制器88，以及断路器模块14的插入式致动器驱动器96。如图2中所示，波上点控制器88连在电源86和断路器模块插入式致动器驱动器96之间，波上点控制器88作为命令中心起作用。它接收的数据来自装在断路器模块14上的传感器，例如加速度计、速度传感器等，以确定闭合或打开触点所需时间和触点腐蚀量。它还监视温度，并能监视其他环境状态，例如湿度，以调节插入式致动器操作的变化，并接收来自控制电压的信息和来自监视线路源的电压和电流互感器的信息。波上点控制器88还接收来自电路继电器的打开和闭合命令，并提供进行波上点操作的智能。
波上点控制器88还与开关设备中的其他电子系统接口，如保护继电器、远程命令或通信功能。然而，它独立于这些其他电子系统，而且即使这些其他系统不完全可操作，它也必定发挥作用。
电源86包括功率调节器，它接收输入控制功率的范围并把这控制功率转换成电源86需要的电压，即48-250 VDC或AC。必要时，表现为通用电源86一部分的调节器的输出电压用于对电源充电，即对一个电容器/电池充电。电源86的作用是作为整个电子系统的能量存储手段。波上点控制器88从电源接收这一功率，提供为操作内嵌式致动器40所必须的全部计时和控制，经由传感器接收关于断路器模块14操作特性的信息并根据当前状态以及存储在它的存储器中的关于先前操作的信息来调节它本身以“预先(up front)”补偿。断路器模块内嵌式致动器96是一个启动(firing)电路，它通过从电源接收它的功率和从波上点控制器88接收命令，以启动内嵌式致动器线圈39和41，以此成为电源86、波上点控制器88和内嵌式致动器40之间的连系。
波上点控制器是足够智能性的，它知道断路器模块14中的触点的状态、线路源电压和电流、控制电压、触点的磨损、触点运动历史、控制电源的充电状况，以及周围环境的温度和其他特性。下图解释所显示的对波上点控制器的输入及其输出，以及监视单个特性的理由。
表1输入(输入了什么？)P.O.W(进行什么？)输出(为什么要进行？)中等电压跳闸单元信号(从跳闸单元接收打开或闭合信号)命令启动过程，以根据负载类型产生与线路同步的打开或闭合线圈控制信号。A、B、C三相的同步操作。电流A相B相C相用作参照以同步触点打开的位置交叉，A相是主参照，B相用作万一丢失A相时的后备。A、B、C三相同步操作。电压A相B相C相用作参照以同步触点闭合的位置交叉。A相是主参照，B相用作万一丢失A相时的后备。全部三相用于确认相应序列。由交叉时间计算线路频率。A、B、C三相同步操作。适应于相位序列。如果A相打开，则用B相作为参考。确定线路频率。在各相当中轮流中断。(上一次操作时参照的相位。)延长真空中断器的寿命。温度考虑由于温度变化对永久磁体和线圈操作特性的影响。根据温度差改变线圈电压，以在温度范围上保持打开和闭合的时间不变。试图对不同的温度保持打开和闭合的时间不变，并补偿漂移。加速度计(触点接触/分离)和速度传感器(肘节完全闭合/打开)计算当前位置和参照位置之差，以确定磨损。用于判断何时从线圈去掉供电。确定触点接触/分离值。更好地预测未来进行P.O.W操作的时间。通过优化去掉线圈驱动来节省能量，由磨损预测触点寿命的终结。负载类型用于对每种负载类型查询表。(大多数负载在电压零+/-1msec时闭合，大多数负载在电流零时打开成4-6mm触点间隙)。通过利用波上的最佳闭合/打开点，使电涌最小化。历史用于断路器监视寿命；触点闭合/打开时间，温度，负载类型和触点预测触点会发生什么情况—实际的和预测的闭合/打开时间磨损。是否相似；向维护人员发送信号，说明VI(真空中断器)触点正在变为磨损的并需要更换，或P.O.W系统失效。对打开/关闭时间提供长时校正。电源充电状态监视电源状态；充电水平和要充电的时间，可能会指出电源在变差。向维护人员发送信号，说明电源在变差，需要服务/更换。操作计数器计数(确定何时真空中断器瓶操作次数已达10,000次)如果已达到10000次操作，向维护人员发送信号，通知检验触点*。*(在真空中断器磨损掉之前，它很可能能进行30,000次或更多的负载电流开关操作。)
波上点控制器88是一个基于微处理器的控制器，它是对各类负载可编程的。有一个未画出的对波上点控制器的输入，它使操作者能识别适当的负载类型，对这些类型相应的波上点控制要求被预先编程。所针对的负载类型包括不接地电容器/接地电感型，以及电阻型的。
对于大多数负载，为闭合电路，每一极被单独地同步，以在每相电压最小值时闭合，从而使电压扰动达最小化。当在短路电流上闭合电路时，每极应被单独地同步，以在每相电压的最小值处闭合，在短路状态下这将产生最大的电流非对称。由于不能事先知道负载电路上的短路状态，这是一个不可避免的结果。为打开负载电流，所有各极应被联动操作，以同时分开触点，使一相同步于它的相电流，从而在零电流之前1.5至2.5毫秒时分开触点。远在零电流之前以最小的推荐的打开速度打开这个，将会消除重复地再次点火。当对电容式负载打开时，这一方法造成在峰值恢复电压处间隙增大，这使再冲击的危险性减小。
当在发生故障电流打开时，则全部极联动以便同时分开触点，这种随机打开将造成每相中在电流波上的随机位置使触点分离。因为由短路造成的电流在电流中引入非对称性，在各相中是随机的，电流为零的发生时间变得难于预测。所以，试图同步是太困难的，而在本断路器中发生的随机分离是能胜任的。
利用本发明的波上点控制器进行同步操作的策略是：
闭合时
优选策略
a)在零电压的1毫秒之内闭合将保持小的激发电压电涌。提前0.35毫秒闭合将造成0.37每单位的冲击前(prestrike)电压，而推后1.65毫秒闭合将造成0.37每单位的冲击前电压。所以，对于标称值两侧-1毫物，到+1毫秒的闭合窗，标称闭合时间是在零电压之后0.65毫秒处。
b)在零电压附近或在电压显著小于峰值的情况下闭合是重要的：(i)对于电容器负载，防止大的涌入电流，该电流会产生额外的电流或零电压；(ii)对于电感型负载，防止高激发电压电涌；而对电阻型负载，它不那么重要，但防止高激发电压电涌总是有好处的。
c)在零电压附近闭合时对短路电流造成最大不对称性。如果使用这里的优选闭合策略，这一结果是不可避免的，因为通常在闭合之前不知道短路的存在。
另一种策略
在电压峰值处或接近电压峰值处闭合，有时对于使非对称涌入电流最小化是重要的：(i)对于电感型负载，避免高涌入电流—这主要是旁路电抗器的一个问题；(ii)尽管在电压峰值附近闭合也能使短路电流非对称性减至最小，但只有使用这另一种闭合策略时才能得到这一好处。
推荐的闭合速度
所推荐的最小闭合速度是基于在电容器开关应用中把冲击前电压限制在小于或等于0.6每单位，这要求在27千伏额定电压时的闭合速度为1.1米每秒；或在38千伏额定电压时的最小闭合速度为1.5米每秒。
打开时
(a)在零电流之前以最小初始打开速度打开并在零电流时达到最小间隙是重要的：(i)对于电容器负载，当达到峰值恢复电压时得到足以承受电压的间隙，从而使再冲击的危险减至最小；(ii)对于电感型负载，使在零电流附近分离触点时可能发生的重复地再点火的危险性减至最小；以及(iii)对于电阻型负载，它不那么重要，但在零电流时有合理大的间隙总是一种优选的作法。
(b)在零电流之前打开以在零电流时达到最小间隙设定一个最小时间，而在两个零电流之间的时间设定一个最大时间。零电流之间的时间在60赫兹时为2.77毫秒，在50赫兹时为3.33毫秒。所以到达零电流的最大时间必须小于2.77毫秒，或者说不同的零电流变得至关重要。打开时的触点分离时间窗小于闭合时，对于距标称值-0.5毫秒至+0.5毫秒范围，推荐的范围从1.5毫秒至2.5毫秒。1.5毫秒的到零电流的最小时间，对于27千伏额定电压，在1.5米每秒时提供的间隙为2.3毫米；对于38千伏额定电压，在2.1米每秒时提供的间隙为3.2毫米。这是足以使重复点火的危险减至最小所需要的间隙。2.5毫秒的到零电流的最长时间使在另一相中达到前一个零电流之前有0.27毫秒的缓冲时间。
(c)不推荐在每一相中与零电流同步地打开。优选的是：在所有各相中同时分离触点，其中只有一相是同步地分离触点。对于电容器开关，在三相不接地系统中，同时分离触点产生2.5每单位的峰值恢复电压。第一极清除，而第二和第三极迟后约90电度，或者说在60赫兹时为4.1毫秒。对于电容器开关，在三相不接地系统中，非同时分离触点产生3.0每单位的峰值恢复电压。第一极清除，而第二和第三极迟后约180电度或更多，或者说在60赫兹时为8.3毫秒。如果在其各相中每极都与零电流同步，则触点分离将发生在零、2.77-3.3毫秒、和5.54至6.66毫秒，这足以产生了三个每单位恢复电压。
(d)对于短路电流，每相有某些非对称性，各零电流之间的时间是不均一的或不易预测的。所以，试图同步地操作造成的害处会多于好处。所以，对故障电流，推荐不试图同步的同时分离触点。
(e)基于得到适当的打开间隙或在峰值恢复电压处电容器开关的推荐打开速度，在额定电压27千伏时是1.5至2.0米每秒，其最小打开间隙是15毫米；在额定电压38千伏时为2.1至2.5米每秒，其最小打开间隙是21毫米。
图6a显示先有技术响应跳闸命令的作用，其中每相在周期中的不同点同时断开连接。发生这种情况是因为共同使用单一致动器对所有各相实现跳闸。本发明的波上点控制器模块84和单独的插入式断路器模块14以单独的控制使各相能同步打开，这使电弧达到最小，例如，如图6b中所示。
图5a显示如先前在图1中所示本发明的模块部件，应用于单个主母线三相组件98。本发明的模块组件只被显示出连到一相上，但应该理解，对每相提供单独的断路器模块14和真空隔离器模块12。
如前所述，图5b显示另一种结构安排，其中对应于负载的单个相的每个断路器模块14通过第一真空隔离器模块12连到第一母线相98，或者通过经第一真空隔离器模块12连接的第二真空隔离器模块12连到第二母线组件100的相应相，在用第一母线组件98遇到问题时该第二母线组件100又能用于对负载加能；这是通过对第一和第二真空隔离器模块12的可动触点进行适当的互连实现的。各真空隔离器模块12之间的互连是通过图4中所示第二连接器62实现的，它被连接到第一母线组件经连接器54连接的同一静止触点52上。
这样，本发明提供增强的维护能力，即具有以最小的服务消耗时间更换开关设备外壳内的单个模块，同时通过合理地使用与周围环境较低电压部分的固体隔离和电压绝缘使得能减小整个设备的尺寸。插入熔化硅中的固体环氧树脂插头到EPDM橡胶插座的试验和测试过的组合用于电缆有好的跟踪记录，能用于密封本发明的上述开关设备组合体中提到的各个电连接。在断路器模块14和真空隔离器模块12内内嵌式磁致动器和真空中断器的独特组合将提供独特的能力使能进行波上点开关，这是业界长期以来没有得到的有实际意义的目标。
尽管已详细地描述了具体实施例，但本领域技术人员将会理解，借助所公开的总原理，能够开发出对那些细节的修改和更替。因此，所公开的特定实施例只是用于演示，而不是要限定本发明的范围，所附权利要求及其任何和全部等价物将给出本发明的范围。
参考字符列表
10.开关装置
12.真空隔离器开关模块
14.真空中断器/内嵌式致动器模块
16.带有集成电流互感器和VT插头的负载连接器
18.变压器模块
20.母线连接器
22.绝缘电连接器插头
24.用于真空中断器/内嵌式致动器模块的环氧树脂外壳
26.真空中断器(VI)
28.VI静止触点
30.VI可移动触点
32.可动触点的驱动衔铁
34.VI容器
36.可动触点外部电连接器
38.静止触点外部连接顺
39.内嵌式致动器第一线圈
40.内嵌式致动器
41.内嵌式致动器第二线圈
42.内嵌式致动器衔铁
43.内嵌式致动器稀土磁体
44.内嵌式致动器电连接器
46.真空绝缘体上的电连接器，连接到可动触点用于与断路器模块连
接
48.真空隔离器第一可动触点
49.真空隔离器第二可动触点
50.隔离器模块的真空容器
52.在真空隔离器中的第一静止触点
54.用于连到母线的连接器
56.在真空隔离器中的第二静止触点
58.用于接地的连接器
60.连接器帽
62.串联到第二真空隔离器的连接器
64.接地
66.真空隔离器可动触点驱动棒
67.真空隔离器第二可动触点驱动棒
68.真空绝缘棒肘节机构
70.真空隔离器的固体绝缘外壳
72.多相负载电路
74.负载连接器
76.真空中断器连接器
78.变压器连接器
80.电流互感器
82.固体绝缘外壳
84.控制电子部件
86.功率调节电子部件
88.POW控制器
90.人工输入
92.电压、电流和温度输入
94.触点闭合传感器
96.内嵌式致动器驱动
98.第一母线三相组件
100.第二母线三相组件