气体绝缘开关装置 本发明涉及一种气体绝缘开关装置,特别涉及一种在满足开关装置所需的全部绝缘强度的同时,对开关装置内部的真空断路器并不要求有高的绝缘强度的气体绝缘开关装置。更具体地说,本发明涉及一种气体绝缘开关装置,该开关装置与传统技术相比能够减少生产成本,并且能够实现电缆和电源的安装或电缆和将要与本发明的装置相连的负载的安装,而且,能够在安全的环境下进行维护工作。
通常,在一电站中产生的电能大约有20,000V电压,接着增强到超高压以适于电力传输,然后传输到第一变电站。当接收到超高压之后,第一变电站将它降到22.9KV并将其输送到第二变电站或每一个用户。
从第一变电站供应到第二变电站或用户的电能通过一个具有地下分配线路或地上分配线路的分配系统供应到每一个用户的电力接收设备,然后通过各种安装在户外的传输设备供应到超高压用户和高压用户以及每一个低压用户。
为了对地下分配线路进行识别和分支并保护传输设备的初级线圈,需要使用一个气体绝缘开关装置,也称为环形线路单元。
对于气体绝缘开关装置,使用SF6气体作为绝缘材料的SF6型气体绝缘开关装置被广泛使用,根据其操作方法,该开关装置包括一个手动开关装置和一个远程控制开关装置。
例如,一种传统的气体绝缘开关装置使用一种真空断路器,该真空断路器通过使用具有相对较好的绝缘强度的真空,消除了当开关装置接通或断开时产生的电弧。
如果将使用真空断路器的开关装置的消弧应用于具有额定绝缘击穿电压125KV的一个开关装置,因为接接触器之间的消弧和绝缘是在真空断路器中完成的,所以真空断路器的额定电压应超过125KV。
然而,随着额定绝缘击穿电压增高,真空断路器将变得昂贵。于是,在使用具有较高的额定绝缘击穿电压地真空断路器时,开关装置的整个生产成本将随之增高。
此外,传统开关装置的切换装置是只有接通、断开两个切换位置的真空断路器,于是,当安装、维护和修理电缆时,开关装置本身不能执行地线的功能。
而且,当开关装置关闭时(电路断开),可动接触器和固定接触器之间的距离是10-20mm。在这方面,当在可动接触器和固定接触器之间产生一个高的电压(也就是产生电弧)时,工人的安全性将降低。
因此,本发明的目的是提供一种气体绝缘开关装置,其能满足所需的较高的额定绝缘击穿电压,但不必提高真空断路器的额定绝缘击穿电压,从而降低生产成本。
本发明的再一个目的是提供一种气体绝缘开关装置,其在安装、维护和修理电源或负载上的电缆时能使一个高电压电流接地,以确保安全工作。
为达到这些和其它的优点,根据本发明的目的,如这里所述,提供一种气体绝缘开关装置,其包括:第一开关机构,其用于连接或断开电源和负载之间的电路;与第一开关机构机械地或电连接的第二开关机构,其可以选择性地移动到导电位置、断电位置或将电接地的位置;和致动器,其为第二开关机构提供驱动力,使得第二开关机构可以移动。
以下附图是为了更进一步理解本发明,其构成了说明书的一部分,解释了本发明的实施例,并和说明书一起来描述本发明的原理。附图中:
图1是根据本发明的气体绝缘开关装置的前视图;
图2是图1所示的根据本发明的主要部分的平面图;
图3是图2所示的根据本发明的沿V-V线截取的放大剖视图;
图4是图3所示的根据本发明的沿VI-VI线截取的放大剖视图;
图5是图3所示的根据本发明的第二可动接触器的透视图;
图6是一前视图,示出了根据本发明的气体绝缘开关装置的第二开关机构处于闭合位置时的状态;
图7是一前视图,示出了根据本发明的气体绝缘开关装置的第二开关机构处于断开位置时的状态。
下面将参照附图详细描述本发明的优选实施例。
图1是根据本发明的气体绝缘开关装置的前视图。
外壳1是放置本发明开关装置的容器,在充满具有高的电绝缘性能的SF6气体后被封闭。
标记2是一个真空断路器,也就是第一开关机构,其在具有较高的电绝缘性能的真空中包括一个可动接触器和一个固定接触器。
绝缘壳体3是一个电绝缘容器,用以放置真空断路器2。
套管(bushing)4是一个电源端子或负载端子,它的一端暴露在外面以连接外壳1外侧的电源或负载,它的另一端延伸进外壳1以连接本发明的开关装置。套管4固定安装在外壳1的一侧壁上。
汇流母线5包括电连接并机械连接到套管4的一端,以及向着与外壳1的上述侧壁相对的另一侧壁延伸的另一端。汇流母线5由一个支撑件5a支撑,支撑件5a固定到外壳1的上壁,所述上壁由绝缘材料制成。
为了传输三相AC(交流)电流,汇流母线5有三个,但是其中的两个并未在本发明的实施例中示出。
作为第二开关机构,一对固定接触器6在汇流母线5a的下表面通过如螺钉之类的固定件固定在邻近支撑件5a和套管4的位置上。
通过铆接或焊接的方式将一对板簧7固定在与每一条汇流母线5的中部相邻近的位置处。板簧是接触力的加强装置,它把可动接触器压向接触固定接触器6的方向。和图1所示的实施例不同的是,本身由导电材料制成的板簧7可以用作固定接触器,而不需要再采用固定接触器6。
作为第二开关机构,相应的可动接触器9可以围绕着压力销钉11顺时针或逆时针旋转,其还包括一个引导件13和一个片状件14,引导件13有一个引导孔12来引导压力销钉11,片状件14连接在引导件13上以顺时针或逆时针旋转。
可动接触器9包括一个穿过片状件14的切换销钉15,销钉15由片状件14旋转,于是切换销钉15可以接触固定接触器6和板簧7,此时开关闭合,或是从固定接触器6和板簧7上分离,此时开关断开,或者置于和接地端子16接触的接地位置。
假设切换销钉15接触固定接触器6时所处位置的角度是0°,参见附图1,地接端子16被安装在下述位置来接触控制销钉15,这个位置是在图1所示的右侧的控制销钉15被逆时针旋转了90°的位置(即,图1所示的左侧的控制销钉15被顺时针旋转90°的位置)。接地端子16是由导电材料制成,呈倒写的U形。电流经过一个螺钉形的穿透接地端子16延伸的导电件(没有给出标记)、然后经过一个也是由导电材料制成的矩形柱16a和连接在矩形柱16a上的外部导电体(图中未视出)而被接地。
现在来描述真空断路器2的可动接触器8(图3所示)的结构以及给可动接触器9提供驱动力的致动装置的结构。
该致动装置包括单一的可旋转驱动轴19;把驱动轴19的转矩传递给可动接触器9的连接装置;把第二可动接触器的转动转化为线性驱动力并提供给第一可动接触器的转化装置。
驱动轴19可以通过连接到一手柄上(图中未视出)而由手动驱动,或是通过连接到一个例如马达的动力源上而自动旋转。
转化装置包括具有引导孔12的可动接触器9;支撑件10(图3所示),该支撑件的一端和可动接触器9连接,另一端向引导孔12延伸,并可以随着第一可动接触器而线性移动;穿过支撑件10的另一端和引导孔12安装的压力销钉11,其通过被具有引导孔12的引导件13在垂直方向上压紧而能够把可动接触器9的旋转力转化为线性移动力,并把该线性移动力提供给支撑件10。
连接装置包括一个和驱动轴19同轴连接的驱动臂32,从而该驱动臂32可以和驱动轴19同方向旋转;一个连接件20,其一端和驱动臂32的自由端连接,于是可以作相对运动,另一端和可动接触器9连接,于是也可作相对运动。
为了限制驱动臂32的旋转角度(最好限制为180°),一对限位销钉33安装在邻近驱动轴19的上部或下部的预定位置处。
真空断路器2的固定接触器(图中未视出)向下延伸的端部或是和固定接触器连接的由导电体制成的延伸件通过导体件50与3-相端子40连接,该三相端子40朝向电源或负载。
标记60表示一个支撑板,用来支撑第二可动接触器9和接地端子16。
现在参照图1,对如上所述的气体绝缘开关装置的操作进行解释。
如图所示,驱动臂32的位置从穿过驱动轴19的中心并垂直于外壳1的底端所划的线逆时针转过23°,即开关闭合的位置。驱动臂32从这个位置再作顺时针旋转时则被下部的限位销钉33阻止。
在这种开关闭合的状态下,连接件20被向下拉,连接在连接件20上的引导件13被顺时针旋转,于是压力销钉11被定位于引导孔12左腿端部。此时,切换销钉15被板簧7向上推压,于是与固定接触器6接触。
而且,尽管图1未视出,此时真空断路器2里的可动接触器和固定接触器彼此接触。随后,假设端子4是一个电源端子,假设端子40是一个负载端子,电流从电源端子4经过汇流母线5、固定接触器6、切换销钉15、片状件14、真空断路器2和导体件50而到达负载端子40。
同时,如果驱动轴19被手动或自动逆时针转过90°,与驱动轴19同轴安装的驱动臂32也逆时针转过90°。此时,下端和驱动臂32连接的连接件20向上移动,由于连接件20的压力,引导件13被逆时针旋转45°。同样,片状件14也逆时针旋转45°。
据此,切换销钉15从固定接触器6和板簧7处释放,电流切断。此时,压力销钉11被置于大体为沟槽形的引导孔12的长度方向的中央位置。于是,压力销钉11升高到和引导孔12腿部的长度一样高的位置。
接下来,真空断路器2的被压力销钉11向下推压的可动接触器(图3中标记8所示)升高,从而和真空断路器2的固定接触器(图3中标记8a所示)分离。这样,当第二开关机构也被切断时,电流被双重地切断。
据此,真空断路器2(即第一开关机构),和固定接触器6以及可动接触器9(即第二开关机构),分摊在在电路断开时产生的高压电,于是与仅仅通过真空断路器将电流切断及将电弧消灭的传统技术相比,真空断路器的额定绝缘击穿电压变得更低。这样,就不需要使用昂贵的具有高的额定绝缘击穿电压的真空断路器,于是制造气体绝缘开关装置所发生的费用就可以被降低。
同时,如果驱动轴19再从开关断开位置手动或自动地逆时针旋转90°(即,驱动轴19从开关闭合的位置共逆时针旋转了180°),连接件20将从开关断开位置进一步升高。
随后,引导件13从开关断开的位置又逆时针旋转45°(即,从开关闭合位置共逆时针旋转了90°)。
此时,压力销钉11位于图中引导孔12的右端部,于是,压力销钉11被引导件13下压,距离与引导孔12的腿部一样长,然后再降低。
当压力销钉11降低时,真空断路器2的可动接触器(图3的标记8)被压下而接触到真空断路器2内部的固定接触器(图3的标记8a)。
而且,由于切换销钉15接触接地端子16,真空断路器2内的可动接触器9、可动接触器8以及固定接触器8a被接地。
据此,保留在可动接触器9和真空断路器2内部的可动接触器8以及固定接触器8a内的电流流向大地。
于是,如果为负载和/或电源的电缆增加分支、修理电缆或检测电缆时,如上所述,通过将开关装置的第二开关机构接地,工人可以受到保护而避免发生任何可能的电击事故,于是保证工作安全。
图2是图1的根据本发明的主要部分的平面图。
如图所示,当本发明的开关装置与三相AC电源或负载相连进行使用时,包括第二可动接触器9和连接件20致动装置可以安装两组,每组包括三个。
两个驱动轴19分别被安装在第二可动接触器9和致动装置的每一套上。从外壳1突出的驱动轴19的端部有多个带角度的平面部分,于是它可以牢固地连接在某些装置上,例如手柄,以传送驱动力。
设置三个地线端子16,以便分别对应两个相对的可动接触器9。
为第二可动接触器9和两套致动装置安装一个矩形柱16a。
附图标记60是一个支撑第二可动接触器9和地线端子16的支撑板。
如上所述,见图2所示结构,当驱动轴19顺地针或逆时针旋转时,一组第二可动接触器9和致动装置同时被驱动。
图3是图2所示的根据本发明的沿V-V线截取的放大剖视图;
现在讨论致动装置、第二可动接触器和真空断路器的相互连接以及它们的动作过程。
支撑件10的一端和可动接触器8连接,另一端延伸到引导孔12。支撑件10可以随可动接触器8一起线性地移动。
压力销钉11穿过支撑件10的另一端和引导孔12安装。当可动接触器9的引导件13转动时,压力销钉11被具有引导孔的引导件13在竖直方向上推压,于是引导件13的旋转力转化为线性移动力并提供给支撑件10。
第一弹簧18是一个螺旋弹簧,它围绕着支撑件10的外周并向上压压力销钉11。
提供一对弹簧座18a,18b,以在长度方向支撑第一弹簧18的两个端部。
第二弹簧17是一个板簧,它由下端的弹簧座18a弹性支撑。第二弹簧17的上端连接或一体连接到片状件14上,这样其下端被下端的弹簧座18a向上支撑着。
矩形柱16a是一个中空的管道,其截面是矩形。由导电材料制成的矩形柱16a连接并支撑着一个螺钉形的导体(该螺钉形的导体穿过接地端子16并向下延伸),同时其通过穿过矩形柱16a并插入绝缘壳体3的螺钉装置来支撑绝缘壳体3。
图3中与图1、图2相同的部件不再作解释。
现在讨论真空断路器里的第二开关机构、第一开关机构以及驱动第一和第二开关机构的致动装置。
首先,如图1所示,右驱动臂32在垂直于外壳1并穿过驱动轴19中心的直线的基础上逆时针旋转23°的位置是开关闭合的位置。驱动臂。32从这个位置的进一步的顺时针的旋转被下方的限位销钉33阻止。
在这个开关闭合的位置,下端通过销钉和驱动臂32连接在一起的连接件20被向下拉,而与连接件20的上端连接的引导件13被顺时针旋转,于是压力销钉11位于引导孔12左腿部的端部。
于是,压力销钉11被引导件13向下推压,因此支撑压力销钉11下表面的上弹簧座18b被向下推压,这样,第一弹簧18和支撑件10被上弹簧座18b向下推压。因此,真空断路器2内与支撑件10的下端部连接的可动接触器8被向下推压,于是,可动接触器8接触到固定接触器8a。
同时,当驱动轴19被手动地或自动地逆时针旋转90°时,和驱动轴19同轴连接的驱动臂32也逆时针旋转90°。此时,其下端与驱动臂32连接的连接件20向上移动,引导件13也由于连接件20的压力而逆时针旋转45°。片状件14和切换销钉15也被逆时针旋转45°。此时,压力销钉11位于引导孔12长度方向的中央部分,引导孔12大致呈沟槽形。于是,压力销钉11升高到和引导孔12腿部的长度一样高的位置。
此时,支撑件10也由于下弹簧套18a向上推压而升高。这样,与支撑件10的下端部连接的可动接触器8与固定接触器8a分离并升高,于是电路断开。
同时,当驱动轴19再从开关断开的位置手动地或自动地逆时针旋转90°时(也就是,如果驱动轴19总共从开关闭合的位置逆时针旋转180°时),和驱动轴19同轴安装的驱动臂32也旋转90°。然后,下端和驱动臂32连接的连接件20再从开关断开的位置进一步升高。
于是,引导件13从开关断开的位置又逆时针旋转了45°(即,它总共从开关闭合的位置逆时针旋转了90°)。
此时,压力销钉11位于图示引导孔12的右端,于是,压力销钉11被引导件13下压,距离与引导孔12的腿部一样长,然后再降低。
接下来,由于压力销钉11下降,它向下推压支撑着压力销钉下表面的上弹簧座18b,上弹簧套18b又向下压第一弹簧18和支撑件10。
于是,真空断路器2内与支撑件10的下端部连接的可动接触器8被向下压,因此接触到固定接触器8a。
此时,切换销钉15接触到地线端子16,可动接触器9、真空断路器2内的可动接触器8和固定接触器8a接地。于是,可动接触器9和真空断路器2内部的可动接触器8、固定接触器8a内的电流流向大地。
图4是图3的根据本发明的沿VI-VI线截取的剖视放大图,它示出了第二开关机构的可动接触器9和真空断路器2的结构以及它们之间的连接。
一对引导件13以预定距离分开地设置。
一对片状件14以预定距离分开地、彼此面对地安装,其下端连接到引导件13的内壁上。
一个压力销钉11穿过这对引导件13和这对片状件14设置。
所安装的切换销钉15穿过片状件14的上部。一对螺旋弹簧31置于切换销钉15的两端并位于两个片状件14的上部。
这对螺旋弹簧31用来保持片状件14之间的距离,也就是暴露的切换销钉15的长度。切换销钉15两端的直径大于其它部分,于是它作为一个弹簧座(spring sheet)与片状件14的两外壁一起支撑着螺旋弹簧31。
附图标记2表示真空断路器,附图标记9表示如上所述的可动接触器。
图5是图3所示的根据本发明的第二可动接触器的透视图。
如图所示,可动接触器9包括一对盘形引导件13,这对盘形引导件13彼此分开并互相面对。每一个引导件13有一个沟槽形式的引导孔。这对引导件13和一对片状件14连接。具体地说,一个间隔件50安装在所述的一对片状件14之间,如螺钉等的连接件穿过两个引导件13和两个片状件14并插入间隔件50,于是把引导件13和片状件14连接起来。
支架100(为了表示方便仅示出了一个),安装在引导件13外侧两个邻近的部分。一个中心轴100a延伸穿过支架的中心部分、引导件13的中心部分以及另一个支架的中心部分,形成了引导件13的旋转中心。
为了支撑压力销钉11的两个端部并允许压力销钉11有有限的垂直移动,在每一个支架100上部有一个垂直孔11a。
图6是一前视图,示出了根据本发明的气体绝缘开关装置的第二开关机构处于闭合位置时的状态;图7是一前视图,示出了根据本发明的气体绝缘开关装置的第二开关机构处于断开位置时的状态。
下面参照图7的状态变化来讨论气体绝缘开关装置的动作。
首先,从闭合到断开的动作如下。
当一端向外突出的驱动轴19被逆时针旋转时,也就是在断开方向运动时,和驱动轴19同轴安装的驱动臂32也以同方向旋转。
由于驱动臂32在断开方向旋转,一端与驱动臂32的一个自由端以可相对移动的方式连接的连接件20、和与连接件20的另一端连接的可动接触器9的引导件13逆时针旋转,也就是在断开方向旋转,由此实现了断开操作。
参见图6,从闭合到断开位置的整个旋转角是90°时,当驱动臂32旋转了30°,而引导件13旋转了15°,即从闭合到断开位置的整个旋转角度45°的三分之一。此时,片状件14和切换销钉15旋转了15°,是从闭合到断开位置的整个旋转角度45°的三分之一。
然后,根据引导件13的旋转而旋转并沿着上/下方向而移动的可动接触器8离开固定接触器8a,离开的距离为总行程的四分之一。
通常,当真空断路器2打开时,电弧在打开行程约30%的点处熄灭,而在这个过程中切换销钉15位于图7所示的A点处于与汇流母线5的板簧7接触并导电的状态,于是在切换销钉15和固定端子6之间不产生电弧。
而且,切换销钉15和板簧7在A、B点之间彼此分离并间隔开,于是完成了片状件14和固定端子6之间以及可动接触器8和固定接触器8a之间的电绝缘。
即,在真空断路器2内实现消弧,以实现电源和负载之间的绝缘,因为加上了真空断路器2的固定接触器8a和可动接触器8之间的绝缘(真空绝缘)以及切换销钉15和固定端子6之间的绝缘(SF6气体绝缘),于是,可以对高于额定绝缘击穿电压(总电压125KV)的电压进行绝缘,这要高于仅仅采用真空断路器2时的电压。
从断开到闭合的动作如下。
当驱动轴19顺时针旋转时,即,在开关闭合的方向上转动时,与驱动轴19同轴安装的驱动臂32以同方向旋转。
当驱动臂32顺时针旋转时,和驱动臂32连接的连接件20降低,引导件13被顺时针旋转,于是实现开关闭合的动作。
如图6所示,当驱动臂32最初旋转60°(而开关装置从断开到闭合的总的旋转角度为90°),引导件13旋转30°(为断开到闭合的总的旋转角45°的三分之二),可动接触器8在趋向固定接触器8a的方向上借助于引导件13而移动了总行程的三分之二。
通常,当真空断路器2闭合时,电弧在开关闭合行程约30%的点处熄灭,而在这个过程中切换销钉15已经位于图6所示的A点处于,其与固定触点接触,并处于电导通的状态。
据此,消弧操作仅在真空断路器2里进行,在切换销钉15和固定接触器6电导通后,可动接触器8和固定接触器8a也电导通。
从断开到接地的动作如下。
当驱动轴19逆时针旋转时,即,在接地方向上旋转,和驱动轴19同轴安装的驱动臂32也逆时针旋转,据此,和驱动臂32连接的连接件20被升高,然后,引导件13也逆时针旋转,于是实现了接地的动作。
在接地的动作中,可动接触器9和真空断路器2的动作与如上所述的从断开到闭合的动作一样。
当驱动轴19从打开位置逆时针旋转60°,也就是从断开到接地动作的总的旋转角度90°的三分之二,引导件13在从断开到接地动作的总的旋转角45°中被逆时针旋转了30°。
同时,片状件14和切换销钉15也在从断开到接地动作的总的旋转角45°中被逆时针旋转了30°。
据此,切换销钉15触到接地端子16,于是片状件14和接地端子16彼此电导通,在它们之间没有电弧产生。
此时,可动接触器8通过引导件13逼近固定接触器8a,移动了整个行程的三分之二。如上所述,在接地动作中真空断路器2在可动接触器的行程的30%的点处开始消弧,并且是在片状件14和接地端子16导通(接地)之后,可动接触器8和固定接触器8a完成了消弧并接地。
从接地到断开的动作如下。
当驱动轴19顺时针旋转时,即从接地到断开的方向旋转时,和驱动轴19同轴安装的驱动臂32顺时针旋转,据此,连接件20降低,引导件13、片状件14和切换销钉15顺时针旋转,于是实现了断开动作。
可动接触器9和真空断路器2的大致内部工作过程类似于从闭合到断开的动作。
即,当压力销钉11升高时,由于引导件13的旋转而上/下移动的可动接触器8从固定接触器8a分开,于是电路断开的打开动作(断开)完成。
如上所述,根据本发明的气体绝缘开关装置,在将气体绝缘开关装置应用在额定绝缘电压为125KV的开关装置时,通过使用各自的额定绝缘击穿电压约为75KV的真空断路器和第二开关机构,开关装置的额定绝缘击穿电压能大于125KV(150KV)。
也就是,因为消弧仅仅在真空断路器里进行,当将真空断路器内的可动接触器与固定接触器之间的绝缘(真空绝缘)和第二可动接触器9的切换销钉15与第二固定接触器6之间的绝缘(SF6气体绝缘体)相加,可以获得一个高于125KV的额定绝缘击穿电压。
此外,通过使用接地端子而增添了接地功能,工人可以在安全的环境下做如电源或负载电缆安装、电缆维护以及修理的工作。
因为可以在不脱离本发明精神实质的情况下作出多种不同的实施例,于是可以理解,除非特别说明,上述实施例并不限于以上所述的细节,而是应被解释为属于以下权利要求所限定的范围之内,因此所有的变化和修改都将落入以下的权利要求的范围之内或是等同于以下的权利要求的范围。