CN102986100B - 具有包括空气和屏栅的单相隔离的开关设备 - Google Patents

Abstract

一种高压开关设备包括以单相隔离的布局方式相互串联上下放置的真空型断路器（2）和隔离开关（7）。还设置有分别用于所述断路器和所述隔离开关的操作杆（3,9）。两种不同类型的单相隔离用于断路器隔离开关单元，以及从开关设备下侧引出的相线（8）。单相隔离由所述断路器隔离开关单元（2,7）相位之间的空气隔离和屏栅（6）以及引出相线（8）表面的合成材料构成，所述合成材料优选为可收缩塑料（14）。

Description

具有包括空气和屏栅的单相隔离的开关设备

技术领域

本发明涉及一种高压开关设备，包括以单相隔离的布局方式相互串联上下放置的断路器和隔离开关以及分别用于操作断路器和隔离开关的操作杆。

这种开关设备及其所包括的每一部件都是众所周知的。

背景技术

作为现有技术以及与本发明相关技术领域中的第一个例子，一种适用于10kV范围内交流电压的开关设备，具有一个断路器单元和一个隔离开关单元，其被相互垂直放置并彼此靠近，并且被置于一个通过常压空气来实现电气绝缘的腔室内。

在这种开关设备中，断路器单元可由用于电连接和切断的第一构件驱动。相类似地，隔离开关单元可通过第二构件实现电连接和切断。

对于具有上述特性的开关设备，构造不同的空气隔离是已知的，但这种开关设备，从断路器和隔离的角度来看，要求较大的隔离距离，从而增大了构造体积。

就此而言，隔离距离的选择需要考虑到空气的瞬时湿度及其含盐量和杂质含量，在实际中这种开关设备需要大而笨重的腔室。

为了减小必需的隔离距离，整个开关设备或至少开关设备的部件要被内置于一个密封的“箱体”中，该箱体是气密的，其被充满了正压的气体，如六氟化硫（SF₆）气体。该箱体还应包括不同的机械元件，其中一个与电压相连，即具有正常相电压或主电压（通常具有不同的异相三相电压），而另一端接地，其具有地电位（0级）。

采用正压下的SF₆充气气体的原因在于，该气体被证明是高效的防弧或分断介质，相较于纯净的空气隔离而言更好更快，并能够扑灭所产生的电弧，最重要的是能够在高压下切断高功率和高交变电流。SF₆还具有更好的绝缘性能，可被用于获得更短的隔离距离。但是，SF₆为温室气体，因此需要复杂而昂贵的处理，不仅是因为其需要采用气密性的容器或箱体，还因为其会对温室效应起到负面的作用。

此外，在每一次的分断的过程中，该气体就会产生具有腐蚀性的残留物。

断路器单元还具有其他已知设计，例如，通过在高正压下将强气流或气波对准所产生的电弧来灭弧，以及将气流或气波直接对准预计电弧的传播和长度。当然，这就意味着需要额外的设备，从而使得开关设备的构造更加复杂，造价也更高。

在用于三相网络的开关设备中，由于所可能产生的飞弧仅仅会发生在相与地电位之间，而绝不会发生在相与相之间，因此，可以对每个从开关设备引出的带电导线进行单相隔离。这就需要所采用具有复杂的几何设计的零部件，以及开关设备内非常庞大的构造。

现有技术中还提到可以在击穿点周围产生空气负压（真空），从而有助于减少击穿点上电弧的产生和/或影响，并且还可有助于消灭已产生电弧的趋势。这些所谓的真空断路器在已知的具有复杂固体绝缘形状的设计中是绝缘的。这种固定绝缘通常是环氧铸模树脂。将环氧的可移动部件烧固成具有复杂的几何形状是一种非常昂贵的方式。

综上所述，可以注意到的是现有的开关设备需要较大的空间和/或复杂的设计和/或采用从环境的角度来讲不太合适的材料，例如绝缘油、SF₆气体等。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够消除上述缺陷的开关设备，以及一种空气隔离的紧凑型开关设备。

这一目的可以通过采用两种不同类型的单相隔离来实现，所述单相隔离分别用于断路器隔离开关单元以及从所述开关设备下侧引出的相线。

这样，该开关设备可以被独立地设置成具有大气环绕的开关设备。特别地，通过由空气隔离构成的断路器隔离开关单元的单相隔离来实现。

从开关设备下侧引出相线的单相隔离由合成材料构成，优选为附着在所述相线上的可收缩塑料。由于结构简单，可以附着多种不同类型的隔离层。除了采用可收缩塑料以外，还可以将导线浸渍在热收缩塑料或热塑性材料中。或者，在导线上喷若干层。

上述断路器隔离开关单元中的断路器，能够分断至少2000A的电流，并且无需诸如SF₆气体来作为分断介质或隔离介质。因此，优选采用已知的真空断路器，或其他无需封装SF₆气体的断路器，作为分断介质或隔离介质。除此之外还节省了空间。

根据本发明的设计，断路器隔离开关单元被内置于一个空间内，其中在所述空间内，大气压空气构成了单相隔离，所述空间与具有从下侧引出的相线的开关设备的部分是分开的，其优势在于所述引出相线能够被引向所期望的方向，而所期望的方向独立于断路器隔离开关单元执行机构方向。

由一个接地导电底梁将所述断路器隔离开关单元与具有从下侧引出相线的开关设备的部分进行空间分离。多根底梁一起构成一个接地中间平面，底面。特别地，若该底梁为用于内置开关设备的腔室或柜体的一部分，便可得到用于隔离开关在其分断位置上接地的良好接触表面。

分离底梁优选为支撑一个适合的电绝缘材料的相穿引部件，所述电绝缘材料可以是玻璃纤维增强的热塑材料（这比目前通常使用的填充树脂、环氧树脂等穿引部件要便宜很多）。断路器隔离开关单元的输出导线通过所述相穿引部件，被直接与位于下侧的塑料绝缘相线相连接。形成具有爬电距离的相穿引部件，应考虑到可能产生的空气隔离杂质，如湿度、含盐量、灰尘等等。

在三相系统的开关设备的一个实施例中，断路器隔离开关单元的空间的相由电绝缘的壁被相互隔离开。这样，就有效阻隔了相与相之间的闪络和飞弧。由于断路器隔离开关单元的单相隔离由空气隔离构成，而无需任何内置开关设备的箱体的进行减压，这是因为通过单相隔离，避免了相之间形成电弧的可能性。

通过将三相系统中的断路器相互排列成直线，并且将其各自附属的隔离开关也相互排列成直线，实现了用于断路器和隔离开关的相应的操作杆的有效扩展。这些操作杆优选地相互平行排列并可被手动独立操作。

通过将操作杆接地，其能够穿过分离相的壁而无需密封处理。预想的电弧总是在其到达另一相之前就与大地导通了。

对操作杆的手动独立开关操作可以远程实现，并可以通过作用在操作杆上的扭力来实现。因此，隔离开关的操作杆可以包括扭簧或由扭簧构成，通过其扭力来实现连接和/或断开。

采用本发明所述的开关设备，由于断路器隔离开关单元侧的单相隔离由大气压空气隔离构成，因此，所述开关设备的优势在于能够通过将多个所述开关设备壁靠壁互相连接来实现扩展。这样，在开关设备的壁上设置合适的孔，并且高压馈线直接的开关设备之间进行穿设。因此，无需设置特别的防止漏气的密封部件。

相应地，每一开关设备均可以通过设置有可拆卸盖板的相应地开关设备壁相连接在一起。当将两个或两个以上开关设备相连接时，这些盖板被移除并且在每一开关设备中的母线通过螺栓被相互固定。其相对于现有的开关设备具有相当大的优势，特别是对于具有SF₆气体绝缘密封箱的，不可能直接接入母线系统的开关设备。在这些现有开关设备中，开关设备有必要设置穿引部件以及昂贵的弯管线缆连接来实现这些开关设备的连接和互联。

此外，最好还可以将开关设备的空气隔离内置空间与外部空气自由流通。最好再通过过滤器。

附图说明

下面将结合附图，进一步阐述本发明所述开关设备的优点及其实施方式，其中：

图1为本发明所述的开关设备的侧视图；

图2为图1所示开关设备的透视图，且忽略了操作机构并旋转了180°；以及

图3为根据图2所示开关设备的III—III剖面图。

具体实施方式

接下来将阐述根据本发明所述的开关设备在三相高压网络应用中的主要结构。

图1为本发明所述的开关设备的三相实施例从一侧示出的横截面图。开关设备被内置于成形有内部空间并由板金属箱体构成的壳体1中。每一相R,S,T包括设置在隔离开关7之上的断路器2，优选为真空断路器。第一操作杆3通过具有绝缘部件17的连杆4来操控断路器2的触头5与输入电压供电杆13的接触连接。第二操作杆9被用来操控位于接地触头18和断路器触头19之间的隔离开关7。操作杆3和操作杆9通过操作机构12（图中未具体示出，且是已知的）被控制。它们可通过远程控制被手动独立地操控。

断路器隔离开关单元2,7通过针式绝缘子15被安装在底梁10上。针式绝缘子15可以是玻璃纤维增强的热塑性穿引部件，用于将电线8从开关设备的底部引出。所述电线8进一步穿过从开关设备的壳体1中引出的穿引部件11，从而在穿引部件11的外侧，可实现与其他设备的配电连接。

本发明所述开关设备的必要特征如图2所示，其中开关设备以透视的方式被展示，并采用了与图1中相对应部件的相同的参考标记。特征可以在两个不同单相隔离的结合中找到，一方面，第一种单相隔离为大气压空气，其通常普遍存在于开关单元壳体1内以及外侧，而另一方面，引出电线8具有第二种单相隔离。相应地，电线8作为金属导体，与可收缩塑料14或其他绝缘材料相互隔离。如图1中的局部放大部分所示。尽管在开关设备的其余部分仅采用大气压空气作为单相隔离，这意味着能够使得开关设备变得紧凑。

简单平面隔离屏栅6，被设置在位于断路器隔离开关单元2,7区域内的相R,S,T相互之间的，且在上部空间形成单相隔离。这些屏栅6保证了在不同相电压之间不会产生闪络。因此，隔离开关7的断开仅仅意味着电弧可能会由于隔离开关7相对接地触头18的接触刀动作而产生，所述接地触头18被设置在底梁10上，所述隔离开关7在断开的状态下与之相连接。

由于电线通过穿引部件11引出开关设备的指向通常要求与操作杆3和操作杆9的方向一致，因此，通常会产生电线8的几何布局问题，以及由此导致的隔离问题。采用本发明所述的隔离技术，该问题完全可以被忽略不计。

此外，通过在穿引部件11上设置帽16，可以实现导体与穿引部件之间良好的过渡。优选地，所述帽由硅橡胶制成。在穿引部件11的外侧，即位于箱体内的部分，还可以设有具有特殊形状的疏水硅橡胶20，其可以增加爬电距离。具有特殊形状的所述疏水硅橡胶20防止了滞缓闪络，同时使得结构更加紧凑。相应地，即便所采用的空气隔离会被混入水汽、盐、尘粒等杂质，依然可以获得良好的隔离能力。这还意味着壳体1内的空间能够与开关设备外侧流通的气体自由交换。适当地，在壳体1的壁上设置有过滤孔，用于根据空气中大气压力变化实现通风。

由于开关设备的内部空间利用了大气压空气作为相隔离，可以通过小型设备来实现开关设备的扩大。相应地，两个或多个开关设备可以通过壁靠壁地放置，从而组合在一起。唯一需要采取的措施为开设用于在不同的组合开关设备间供母线13穿设的孔，然而，无需采取防止气体或空气泄漏的措施。

本发明不限于上述的实施例。对于所属领域的普通技术人员来说，许多不同的显而易见变化仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (16)

1.一种高压开关设备，包括以单相隔离的布局方式相互串联上下放置的断路器(2)和隔离开关(7)，以及分别用于所述断路器(2)和所述隔离开关(7)的相互平行的操作杆(3,9)，两种不同类型的单相隔离，所述单相隔离用于断路器隔离开关单元(2,7)以及从开关设备下侧引出的相线(8)，其特征在于：所述单相隔离为设置于所述断路器隔离开关单元(2,7)相位之间的空气隔离和屏栅(6)，并且合成材料(14)直接附着于所述相线(8)表面上，所述断路器隔离开关单元(2,7)被内置于一个空间内，其中，在所述空间内，大气压空气和屏栅(6)构成了单相隔离，所述空间与具有从下侧引出相线(8)的开关设备部分是分开的，使得所述引出相线(8)能够被引向所期望的方向，而所期望的方向独立于断路器和隔离开关单元(2,7)执行机构方向。

2.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于：从下侧引出的所述相线(8)的所述单相隔离由附着在所述相线(8)上的可收缩塑料(14)构成。

3.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于：所述断路器(2)为真空断路器。

4.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于：由一个接地导电底梁(10)将所述断路器隔离开关单元(2,7)与具有从下侧引出相线(8)的开关设备部分进行空间分离。

5.根据权利要求4所述的开关设备，其特征在于：所述导电底梁(10)构成用于内置开关设备的腔室或柜体(1)的一部分。

6.根据权利要求4或5所述的开关设备，其特征在于：所述底梁(10)支撑一个热塑材料的相穿引部件(15)，用于引出输出相线(8)，所述相穿引部件(15)的下侧塑料绝缘，并且所述相穿引部件(15)的上侧与所述断路器隔离开关单元(2,7)的下侧相连。

7.根据权利要求5所述的开关设备，其特征在于：所述腔室或柜体(1)支撑一个输出穿引部件(11)，所述输出穿引部件(11)用于将所述相线(8)从开关设备的下侧引出。

8.根据权利要求7所述的开关设备，其特征在于：所述穿引部件(11)上设有一个帽(16)，所述帽(16)由硅橡胶制成。

9.根据权利要求7或8所述的开关设备，其特征在于：在位于所述腔室或柜体(1)内的所述输出穿引部件(11)部分的外侧，设置有具有特殊形状的疏水硅橡胶(20)，用于增加爬电距离。

10.根据权利要求1所述的开关设备，由一个三相开关设备组成，所述开关设备具有独立的断路器(2)、隔离开关(7)以及用于各相(R,S,T)的引出相线(8)，位于断路器隔离开关单元(2,7)空间内的相通过电气绝缘的屏栅(6)被相互隔离开。

11.根据权利要求10所述的开关设备，其特征在于：三相系统中的断路器(2)及其各自附属的隔离开关(7)被相互排列成直线，并分别由一个断路器(2)操作杆(3)和一个隔离开关(7)操作杆(9)操作。

12.根据权利要求11所述的开关设备，其特征在于：两个所述操作杆(3,9)的操作是手动独立的。

13.根据权利要求11所述的开关设备，其特征在于：所述隔离开关(7)的操作杆包括扭杆。

14.根据权利要求13所述的开关设备，其特征在于：所述隔离开关(7)的开关动作通过扭簧(9)的扭力来实现。

15.根据权利要求10-14任一所述的开关设备，其特征在于：可由若干个空气隔离的三相开关设备通过共同的高压馈线(13)屏栅靠屏栅地连接在一起来实现扩展，其中，每一相(R,S,T)通过相连的三相开关设备穿过其屏栅上的可打开的孔被直接引出。

16.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于：所述开关设备的空气隔离内置空间可通过过滤器与开关设备的外围空气自由流通。