CN100358199C - 在密封壳体内的单相或多相开关装置 - Google Patents

Abstract

单相或多相开关装置包括一个或多个开关，相关的带电元件如轨道系统，以及连接器等，其中这些开关借助于固体绝缘而被安装，使得它们被绝缘。这些开关及相关的带电元件被容纳在一个外壳中，该外壳密封所述开关及带电元件。该密封外壳充满具有低湿气含量的空气，而且该密封外壳的内部空间相对于密封外壳周围的外部空间是密封的，用这种方式，存在于外壳中的空气没有被污染而且不会达到露点。

Description

在密封壳体内的单相或多相开关装置

技术领域

本发明涉及包含一个或多个开关的单向或多向开关装置，其中的一个或多个开关安装有固体绝缘件以使得它们被绝缘，并且与例如轨道系统、连接件之类的带电元件相关联，其中开关和相关联的带电元件容纳在密封所述开关和带电元件的壳体中。

背景技术

这种类型的开关装置在欧洲专利申请EP0393733A1中被公开。这种已知的开关装置有利之处在于：用相对简单且重量轻的壳体结构得到可安全触摸的可靠、稳定的壳体。

还有，一般公知的，正如在Elektrizitatswirtschaft，volume 79(1980)，No.22上发表的Karl-Heinz Siebel，Wegberg的文章“MittelspannugsAnlagen und Stationen，die neue Lastschaltergeneration unter Einsatz vonSF6 als Isolier und Lschmittel″by，published in”中所述的，从长远观点来看，各种各样的环境条件(主要灰尘和湿度)会给那些以空气或固体绝缘的开关的操作可靠性带来不利的影响。

由于空间短缺问题的日益加剧，完全以空气绝缘的开关装置由于其相对大的尺寸而被认为其发展范围变小。具有更紧密结构的、用固体绝缘或固体/空气绝缘的开关装置由于增加的空间成本也变的缺乏吸引力了。

考虑到上面所述的内容，现今六氟化硫通常被用作绝缘剂，有时也被用作容纳开关装置的腔室中的灭火剂。之所以选择这种气体，是基于它有多种有利特性，比如高介电强度、良好的冷却性及其反应的缓慢性。与上面所提及的开关装置相比，对于相同的性能(例如电压和电流值)，用这种方式能够实现减小开关装置的尺寸。

尽管还未确定SF₆本身是有毒的，但已发现：SF₆的分解产物，例如SF₄、S₂F₄、S₂FIo、SOF₂、SO₂F₂、HF和SO₂，都是剧毒的。另外，SF是D在日本京都的世界环境会议期间特别列举的六种气体之一，它们在很大程度上是导致温室效应的原因。由于这些原因，尽可能地避免使用SF₆是极其重要的。

迄今为止所用的SF₆还存在不利：用这种气体充满开关装置必须以这样的一种方式来实现，即必须将存在于开关装置中的空气从中彻底清除。另外，为了防止气体泄露到外面及防止外界空气的渗透，容纳开关装置的壳体必须时是完全不透气的结构。为了能够确保内部空间保持完全充满SF₆气体，要使用一定程度的气体过压，尽管有所述的密封，从更为长远的观点来看，为了能够对最小限度的泄露进行补偿，在实践中使用这种结构不可避免。此外，通常在开关装置内还安装有监控所述气体压力的压力计。

内部发生电弧通常导致SF₆气体伴随着分解产物被释放，因此上述的开关装置没有外围的个人保护装置是不能靠近的。在发生这样的故障之后，开关装置通常将不能再用，但即使开关装置能够被修理，重新充SF6之前完全再抽空也必须被一点点地执行。如果由壳体内部的元件、及在安装维护工作期间引起的其它故障发生时，就必须实施同样的操作，例如在被湿气和/或别的物质污染的SF6的预防剂的替换的情况下。

由Horst Peter and Rolf Sartorius所写的发表在“Elektrizitatswirtschaft，Volume 95(1996)，No.8，pp.512-514”的题为“SF6-ein Umweltproblem？”的文章记载，甚至在1996年，仍然没有SF6的好的替代品，有一个就是由于与使用SF6相关的不利因素而被放弃的，如果SF6的再循环必须尽可能的发生，并且当可提供足够的空间时空气将被作为首选的电介质。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种前面所述类型的开关装置，同时保持前述类型开关装置的优点，SF6开关装置的小型化也是适配的，并且避免上述与SF6相关的缺陷。

所述的发明目的是这样实现的，密封壳体以这样一种方式充满具有低湿度的空气，且密封关于密封壳体周围的外部空间的内部空间，使得壳体内的空气不被污染，且不会达到露点。

欧洲专利申请EP1054493A公开了具有填充有干燥空气的密闭壳体的开关装置。

由于以这种方法确保了在通常的工作温度范围内不能导致冷凝的形成，从而具有低湿度的空气的电绝缘特性在开关装置的寿命范围内保持不变，而且也不会受灰尘的影响，在中压或高压范围内构造便宜的、结构紧密的开关装置也是可能的。使用简单、便宜的湿度计就可以监控湿度，而且一旦封闭壳体内空气中的湿度太高(例如，可能是少量泄露的结果)，仅仅以传统的方式并使用简单、便宜的装置从空气中排出湿气就是必要的了。湿度计能够被放置在封闭壳体内，使得其通过后者内的窗口是可见的。例如，彩色湿度计是有用且清晰的指示计，它利用色彩表示不同的湿气等级。

利用上述密封所达到的是，对开关设施具有反面影响的大气条件，例如大气湿度、温度和灰尘，不会施加一反面影响。

还需要指出的是，甚至在最低的工作温度下，露点也不准达到。

为了使本发明在对密封壳体的密封性方面的要求不象在使用SF6气体时那么严格的情况下也能够使用，以及为了避免需要持续的监控湿度和采取提取湿气的措施，本发明还提供开关装置，用该开关装置将一种吸湿剂置于密封壳体内，所述吸湿剂的数量使得由于密封壳体的泄露而渗透出的湿气在开关装置的寿命范围内能够被完全吸收，其中一湿气指示计装于密封壳体内，使得其通过所述壳体中的窗口可以被看到。

德国专利申请DE2702763A仅描述了使用吸湿剂。

在根据本发明的这种开关装置的情况下，在开关装置的制造过程中，或是在它发生故障之后，或是在检修之后，都不再需要将整个开关装置抽空。所必须的就是要确保从现存的空气中提取出湿气。

本发明的进一步发展在于，绝缘层(例如以绝缘隔板的形式或遍及开关壳体的绝缘层)被设置在封闭壳体内的开关装置的不同状态的带电元件之间。

由于使用低湿度含量的清洁空气，所以没有引起污染和冷凝，从而仅仅便宜的、商业上可提供的塑料用来作为隔层或绝缘层就足够了。

由大气作用所引起的冷凝和污染不再产生的这一事实，由于产生绝缘隔层处的带电元件，对电场强度的分配产生有益效果，因此紧密结构是可能的，而且对开关装置在经受实验电压和浪涌电压的能力方面的要求也可以满足。

指出的是，从EP 0,393,733 A1中可知对开关进行封装；然而，也为了绝缘，封装也被用于支承在金属壳体内的开关，且为了这个原因，封装采用重量大的结构。此外，已知开关的结构设置不象本发明中的开关那样紧密，本发明中的封装已由便宜的隔板代替。

在本发明的另一实施例中，绝缘层也被用作密封壳体内的各种状态的带电元件的机械固定和定位。

为了得到紧密结构的开关装置，所采取的措施特别地对准开关装置的带电元件。正如由M.Tsutsumi，T.Fuji和Y.Tobiyami，发表在Fuji Electric Review，vol.40，no.2，pp.46-51，1994的文章“Reliability improvements in the operating mechanism and controlcircuit of the gasinsulated switchgear”所指出的，开关装置中的驱动机构也常常导致故障发生。因此，在SF6开关设施的情况下，驱动机构通常也被定位在充满SF6的壳体外部。由于采取这种措施，没有必要清空壳体以及使其重新充满SF6，与上述相关联的所有不利之处在于，每次驱动机构都要被修理，或是要对其进行维护。

从上述文章中也可以看出，这些在驱动机构中故障通常是由大气的影响而引起的，大气影响会对移动部件产生侵蚀和污染。

为了对此进行改进，根据本发明的更进一步的改进在于：驱动机构也被容纳在同一壳体内，该壳体提供一个隔开外部空间的密封，并容纳含有低湿度的空气。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行详细地解释。

附图1是本发明的开关装置的一个实施例通过开关的截面图显示。

具体实施方式

本发明的开关装置可以用作开关主导体和分支导体的连接。举例说，主导体为带有12kV电压的中压导体。

该开关元件作为负载断路器开关或电源开关的一部分，举例说，可以是一真空电路断路器开关。该开关元件和与它相联系的带电元件一起容纳在密封壳体中。密封壳体内充满了具有低湿气含量的空气，且该壳体的内部空间与外部空间以这样的方式被密封，使得不发生大气影响，且使得在最坏条件下和开关装置的整个寿命中，壳体中现存的空气不会被污染，且不会达到露点。因此，优选的是，一种吸湿剂置于密封壳体内，该吸湿剂的数量要使得由于密封壳体的泄露而渗透出的湿气在开关装置的寿命范围内能被完全吸收。

已被发现的是，将目前已知的开关装置与充满SF6气体的开关装置相比较，由于使用具有低湿气含量的空气，可以实现用于较高电压的良好的绝缘，从而也能够设计出相对小尺寸的开关装置。

由于在密封壳体内的带电元件周围使用了绝缘层，开关装置的尺寸甚至可进一步缩小，同时保持电源性能且满足经受浪涌电压和跳火电压能力的要求，即使从本领域的状态可知，包含固体绝缘材料的封装被忽略。

依照本发明所述的开关装置的一个可能实施例的剖视图如附图所示。这里所涉及的是一个三相的实施例，并且只有一个一相的开关，即一个真空电路断路器可以在剖视图看到。真空电路断路器1与这种开关装置的其它元件一起被封装在设备壳体或者机壳2内。真空电路断路器1包含一个真空管3，在真空管内容纳有一个固定的开关触头4和一个开关触头5，开关触头5可被移动远离及靠近开关触头4。真空电路断路器1利用铸件6被支撑在密封壳体7内，密封壳体7尽可能地密封好，并且最好是由金属制成。密封壳体7具有壁8，9，10，11，12和13。固定开关触头4以气密的方式连接到外部，至于电缆连接15，则是利用铸件14来连接。

可移动的开关触头5被固定安装于触头导棒16上，触头导棒16可以利用驱动杆17来操作。驱动杆17与驱动机构18耦合，驱动机构18概略地显示为一框图。带有轨道19-20的轨道系统也被封装于密封壳体7内。在轨道系统和真空开关1的可移动开关触头5之间有一个转换开关22，该转换开关22通过转换驱动杆23，也可以由驱动机构18来操作。

密封的密封壳体7充满具有低湿气含量的空气，而且重要的是，具有低湿气含量的空气可能不会达到露点。为了这个目的，密封壳体7的密封必须使得具有低湿气含量的空气的露点在最坏的环境条件下可能不会达到。

比如，在与预计的最低工作温度相对应的温度下，具有低湿气含量的空气至多包含存在于具有95％的相对湿度的空气中的湿气量。

假定最低的工作温度是-20℃，上面所述意味着存在于内部空间中的空气每立方米的体积中可以包含有3克的水。依照通常被接受的和已知的表格，在包含这个数量的水的的条件下，在-21℃将达到露点。开关装置通常工作的温度高得多，从而保证在-20℃以上在内部空间中不会达到露点，或者在内部空间不会发生冷凝。

然而，在实践中，已发现，一个外壳不可能被完全密封，特别是从长远的观点来看，由于不同的温度、压力和电压，通过与壳体的连接，会有一定量的泄漏，发生，但是这种泄漏很小。

为了能够补偿上述的泄漏，并且在壳体的密封质量较差时也能够使用本发明，本发明还在该装置的内部提供湿度吸收剂的加入。那里湿度吸收剂的量必须使得在该装置的寿命期间渗透的湿度完全被吸收。从而，特别是在寿命，泄漏和湿度吸收剂的数量之间存在着一种关系。依照本发明，这种关系可以用下述公式来表达：D＝(L×V×Y+I×J)×100/O+S×F×100/O。

在这个等式中，D是假定特定泄漏量为L(m³/每天)时所需要的干燥剂的克数。而且，V是在一特定的温度下可能渗透的周围的空气中每立方米湿气含量的克数，Y是该设施的预期寿命的天数，I是壳体内部空间的以立方米衡量的体积，J是在一特定温度下，在制造过程中存在内部空间中的空气的湿气含量，即每立方米的克数。湿度吸收剂的吸收性也被结合在该表达式中。这是一个由制造商所指定的比率，该比率给出了所包含的水的重量和吸湿剂的重量的比率。该比率也受紧邻湿度吸收剂的周围的空气的相对湿度影响。制造商通常以表格的形式提供这些必需的数据。

由于内部空间中存在的这种包含湿气的材料也对所述内部空间中的相对湿度有一个影响，这一点也被考虑到在本发明的表达式中。

在表达式中，S表示包含湿气的材料克数，F是以比例的形式表示的该材料中的湿度。

例如，一个实例给出了以下特定的数据：

L＝0.51/天＝5×10^-4m³/天

在40℃的温度下V＝50.7克

Y＝25年＝9125天

I＝0.25m³

J＝15克/m³

O＝20％

S＝10kg＝10000克

F＝0.2

从以上的数据可以看出，在设施的寿命内，在正常的工作条件下，1275克吸收剂足够用来保持相对湿度在露点以下。

由于使用了一个调湿的内部空间，真空电路断路器以及相关的带电元件周围的固体绝缘物可以由设置在真空电路断路器以及相关的带电元件周围的密封壳体7内的的绝缘层来代替，利用这样的绝缘层，满足应用于这种类型的开关系统的进一步要求是可能的，比如经受浪涌电压和在两相间的电压放电的能力，同时保持紧凑的较小的尺寸。在附图所示的实施例中，这些绝缘层是由一个单相的壳体形成的，该壳体由绝缘材料制成的隔板24，25，26，27，28，29，30，31和32组成。

据发现，在不使用含有低湿气含量的空气及抵御大气的影响的情况下，这些绝缘层对于像惯于使用SF6的那样的紧凑的结构尺寸是不足够的，因为，由于湿气和灰尘的污染，沿绝缘层和隔板的表面会发生跳火，短路和爆炸。由于使用了低湿气含量的空气以及抵御大气的影响，使得采用廉价的绝缘材料来满足绝缘层的需要成为可能。

绝缘层或者隔板也可以用来支持一个相的各种组件，比如轨道19-21。

用于保持密封壳体内的空气的湿气含量较低的吸湿剂可以被放入一个筒内，例如筒33。密封壳体7有一个孔，附图中并没有显示出来，这个小孔可以由一个盖子来关闭，打开盖子之后就准许进入筒33。带有孔的密封壳体7的壁最好是与开关装置的外部环境相毗邻。所述的孔可以是密封壳体7的壁的一个被削弱截面的一个整体部分，比如，该截面环绕着这个孔。如果密封壳体内的压力太高，这一部分将会爆裂，从而使得任何爆炸都会以一种可控制的方式发生。这部分最好被确定方向，这样一来当它爆裂时释放出的气体就不会直接对着开关装置附近的任何人。例如，削弱的部分被设置在后壁的底部的某个位置。

如附图中的实施例所示，驱动装置18同样被装入含有低湿气含量的空气的密封壳体内。仅仅驱动装置18的一个驱动轴从密封壳体突出，并且通过外壳的相关壁提供气密。

Claims (8)

1.一种单相或多相开关装置，包括一个或多个开关，这些开关借助于固体绝缘被安装以使得它们被绝缘，以及相关带电元件，其中开关和相关的带电元件容纳在密封所述开关和带电元件的壳体中，其中，密封壳体充满含有低湿气含量的空气，且其内部空间相对于环绕密封壳体的外部空间被密封，使得存在于壳体中的空气不被污染，且不会达到露点，其特征在于，在密封壳体内加有吸湿剂，所述吸湿剂的数量使得在开关装置的寿命期间由于密封壳体的泄露而渗透的湿气被吸收，且湿气指示计装于密封壳体内，使得其通过所述壳体中的窗口可以被看到。

2.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述湿气指示计是一彩色指示计。

3.如权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，吸收剂的量由等式D＝(LxVxY+IxJ)x100/O+SxFx100/O来确定，其中D是假定在每天有按立方米为单位的一特定量泄漏L的条件下所需要的干燥剂的克数，V是在一特定的温度下可能渗透的周围空气的湿气含量，以每立方米的克数来表示，Y是该开关装置的预计寿命的天数，I是壳体中内部空间的容量，以立方米衡量，J是在一特定温度下，在制造过程中存在于内部空间的空气的湿气含量，以每立方米的克数来表示，O是吸湿剂的吸收能力，S代表内部空间中含湿气的材料的重量，以克数来衡量，F是该含湿气的材料中的湿气含量的百分比。

4.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，该密封壳体的多个壁中的至少一个壁上有一个孔，该孔由一个盖来关闭，并且该孔通向充满吸湿剂的筒。

5.如权利要求4所述的开关装置，其特征在于，具有盖的壁直接毗邻开关装置的外部环境。

6.如权利要求4或5所述的开关装置，其特征在于，可以由一个盖来封闭的孔是该密封壳体的一个削弱的截面的一个整体部分，如果该密封壳体内的压力太高，该截面将会爆裂。

7.如权利要求1所述的开关装置，具有一驱动装置，其特征在于，密封壳体包含有低湿气含量的空气，还包含有该驱动装置。

8.一种配电装置，由一个或多个上述任一权利要求中所述的相邻的单相或多相开关装置结合组成。

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