CN101331571A - 有外壳的电开关装置、尤其高压断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电开关装置(1)，它有一个外壳(2)。外壳(2)围绕断续单元(3)。为了绝缘地支承断续单元(3)而设有支承绝缘子(7、8)。支承绝缘子配备有一个电容器片(8a、10)，通过它实现沿支承绝缘子(7、8)的电压分布均匀化。此外，这些电容器片(8a、10)还可以用于抑制在排除近距离短路故障时产生的电压行波，并由此增大电开关装置(1)的短路遮断容量。

Description

有外壳的电开关装置、尤其高压断路器

技术领域

本发明涉及一种电开关装置，尤其高压断路器，它有一个外壳和一个被外壳围绕的断续单元、以及至少一个用于在外壳上电绝缘地支承断续单元的支承绝缘子。

背景技术

例如由公开文件DE4418797A1已知一种这类电开关装置。在那里介绍了一种形式上为高压断路器的电开关装置，它有一个断续单元。断续单元用于建立导电连接或断开电连接。断续单元装在外壳内部以及借助支承绝缘子电绝缘地支承在外壳上。

尤其在高压和最高压范围内，也就是说在电压超过1000伏的情况下，使用电开关装置，可能导致产生高电场。这种高电场是基于，沿尽可能短的距离彼此隔开大的电位差。为了历经多年仍能承受住由高的电场造成的持续的负荷，已知的支承绝缘子尺寸设计导致较大的体积。支承绝缘子必须一方面承担电绝缘功能，以及另一方面保证机械地支承断续单元。针对这些任务应使用高质量的绝缘材料，它们基于所要求的质量价格比较昂贵并导致使用复杂的加工方法。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是，将本文开头所述类型的电开关装置设计成，使支承绝缘子更好地承受介电负荷。

在前言所述类型的电开关装置中按照本发明是这样解决上述技术问题的，即，支承绝缘子具有控制的电容器片(

)。

支承绝缘子的介电负荷一方面取决于要分离的电位的值和电位分离距离的长度。此负荷另一方面取决于在支承绝缘子上电位是如何变化的。在不利的情况下有可能形成沿支承绝缘子的一种电压分布，它在短的区段上有大的电位差和在较长的区段上只有小的电位差。因此在支承绝缘子形成不均匀的电压分布。在短的区段上大电位差的区域内绝缘材料承受巨大的应力。支承绝缘子总的结构应针对这种极端区域设计。由此要使用显然超尺寸设计的大型结构的支承绝缘子或比较昂贵的绝缘材料。

通过按照本发明设计电开关装置上具有控制的电容器片的支承绝缘子，可以使在支承绝缘子上的电压分布均匀化，也就是说，支承绝缘子的绝缘间隔在不同的间隔段应隔离近似相同的电位差。电容器片用于控制电场。由此避免不利的峰值负荷。例如可以使用较便宜的绝缘材料，以及减小支承绝缘子的结构体积。此外，在这里还应当注意，产生的机械负荷也可以由支承绝缘子承受。

还可以采用一种有利的设计，即，将支承绝缘子设计为基本上相对于旋转轴线旋转对称，以及电容器片设计为与旋转轴线同轴。

支承绝缘子旋转对称的结构意味着是一种能良好地承受机械负荷的基本形状。这些基本形状例如是圆柱形、圆锥形、截锥形等。通过电容器片的同轴定向，在很小的程度上改变支承绝缘子的基本机械结构。电容器片例如可以由多个互相同轴排列的电容器极板或膜构成。但也可以规定采用螺旋形卷圈构成电容器片。螺旋形卷圈可例如有空心圆柱体的形状。电容器片可例如独立于支承绝缘子制造以及套装在支承绝缘子上。

有利地可以进一步规定，将电容器片埋入到支承绝缘子的壁内。

将电容器片埋入到支承绝缘子内使支承绝缘子的制造与电容器片的制造可以互相协调。例如可以规定，电容器片部分或全部被支承绝缘子的绝缘材料覆盖。尤其当支承绝缘子是空心结构时，建议将电容器片完全布设在支承绝缘子壁的内部。

在这方面可有利地规定，电容器片设在一个由与绝缘体套叠的空心绝缘子和该绝缘体限界的空隙内部。

将电容器片设置在空隙内，可以实现一种可变的配备不同电容器片的支承绝缘子。所述绝缘体以及套叠的空心绝缘子在这里构成电容器片的一种薄壳状外壳。在这种情况下可以规定，绝缘体同样是一个空心绝缘子。因此具有绝缘体和套叠的空心绝缘子的支承绝缘子可以在整体上设计为空心绝缘子。于是穿过绝缘体内的空腔可例如置入驱动杆、控制导线等。通过使用绝缘体和套叠的空心绝缘子，可以利用不同绝缘体和不同空心绝缘子的整个系统，由它可以根据电容器片的尺寸组合成各种模块式支承绝缘子。

还可以有利地规定，电容器片由多个互相导电连接的电容器装置构成。

通过恰当地导电连接多个电容器装置，可以有目的地调整电容器片的总电容量。例如可以互相并联多个电容器装置，以制成一个有大电容量的电容器片。但也可以规定串联不同的电容器装置以及串联与并联组合。例如可以规定，电容器装置例如设计为圆盘卷的形式，将它插入前面介绍的绝缘体与套叠的空心绝缘子之间的空隙中并在那里互相电连接。

有利地可以规定，支承绝缘子是一个基本上旋转对称的空心体。

旋转对称的空心体带来的优点是，当质量较小时可期望有高的机械稳定性。此外，可以利用空心体内形成的空间安装其他构件。例如在此空腔内置入驱动件，如驱动杆或控制和监测导线。此外空腔还可以用于导引开关气体或冷却剂。

可以采用另一项有利的设计，令电容器片构成断续单元的导电的电流路径与地电位之间的电容。

在使用电开关装置时也可以规定，将它设计为高压断路器。断路器按其构型规定，能可靠地中断出现的全部电流，亦即工作电流、过电流以及还有短路电流。在交变电网中可能产生不同的短路类型。这些短路类型之一例如是近距离短路。在近距离短路故障时，例如在离断路器断开位置几米、几百米或几千米远出现短路。在切断近距离短路电流时，在有故障的导线上产生高频补偿过程，它叠加在馈电网的瞬态电压上。导线上瞬态电压的变化过程通过两个相同的行波确定，它们在电流切断后彼此独立地沿反方向运动。它们在打开的开关触点上正反射，而在导线上的短路点处负反射。

通过接通架空线与在导线端开关触点处接地之间的电容器形式的电容，可以减小导线上瞬态电压引起的断路器负荷。输入的行波不再在分离部位的断开的开关触点上反射，而是在由电容形成的终端电阻上反射，也就是说，反射系数因此不大于1而是＜1。

若通过导线端瞬态电压的切线描述其受电容影响的变化过程，可以确定一个“延迟时间”t_dL，它直接取决于此电容量并与之成比例。

迄今对于这种电容器必须例如在外壳外面或里面设附加的装置，以及提供附加的安置这种衰减电容器的结构空间。通过配备支承断续单元所需的支承绝缘子和使用控制的电容器片，一方面可以积极影响在支承绝缘子上的电压分布，从而可以实现在绝缘强度方面比较大的能力储备或支承绝缘子较小的结构尺寸。另一方面在保持外壳内部存在结构空间的情况下提高断路器的短路排除能力，也就是说，可以取消外壳外部或外壳内部附加的电容器装置。由此电开关装置在其体积方面不会附加地增大。为了造成在断续单元的导电的电流路径与地电位之间的电容器片特别有效地耦合，可以在支承绝缘子上设相应的电连接点，它可以实现电容器片各自端部的电触点接通。这可以这样实现，即，例如在装配支承绝缘子期间规定用于将支承绝缘子压紧在外壳上的点造成电触点接通。这种结构同样也可以在支承绝缘子那一侧采用，即，电开关装置的断续单元在这一侧挡靠在支承绝缘子上。

附图说明

下面借助附图中的实施例示意性表示本发明并在下面详细说明。

其中：

图1表示电开关装置的剖面图；

图2表示支承绝缘子第一种设计方案；以及

图3表示支承绝缘子第二种设计方案。

具体实施方式

图1表示形式上为高压断路器的电开关装置1的剖面。电开关装置1具有一个外壳2。外壳2用导电材料制造，例如钢或铝。在本例中外壳设计为，它可充填一种负电性气体，例如六氟化硫、氮或适用的气体混合物，以及外壳与周围环境密封地隔绝。采用这种结构也可以在高压和最高压范围内实现紧凑的电开关装置，也就是说，针对电压在1000V，尤其在30kV与1000kV之间进行结构设计。外壳2被施加地电位。在外壳2内部相对于外壳2电绝缘地安装电开关装置1的断续单元3。断续单元3例如原则上有在公开文件DE4418797中所说明的结构，也就是说，具有其分离部位4的断续单元3可通过电引线5、6在电流路径内连成环路。电流路径可通过分离部位4接通或断开。在本例中，分离部位4由两个彼此可以相对运动的触头构成。

断续单元3相对于外壳通过气体间隔电绝缘。为了使断续单元也能固定在一个此时提供耐击穿的气体间隔的位置上，采用一个第一支承绝缘子7和一个第二支承绝缘子8。第一支承绝缘子7安置在基本上沿轴线9延伸的断续单元3的端侧。第一和第二支承绝缘子7、8分别在剖面图内示出。在本例中第一支承绝缘子7设计为实心体，而第二支承绝缘子8设计为空心体。

第一支承绝缘子7有绝缘体7a，它与空心绝缘子7b套叠。绝缘体7a和空心绝缘子7b设计为旋转对称和彼此同轴定向。在绝缘体7a与空心绝缘子7b之间形成一个环形的空心圆柱形空隙，其中装一个电容器片8a。存在将绝缘体7a同样设计为空心体的可能性，从而形成一种整体上设计为空心体的支承绝缘子。

在绝缘体7a与空心绝缘子7b之间的空心圆柱形空隙内装入多个盘状卷，它们彼此有轴向间距地构成电容器片8a。盘卷可以按恰当的方式互相连接。可以规定，盘卷分别由许多同轴排列的环形套筒构成，或一个螺旋形卷绕的扁带构成卷。电容器片8a可以装在第一支承绝缘子7内例如一种流体内部，例如六氟化硫或一种绝缘液体。电容器片8a埋入第一支承绝缘子7的壁内。

第二支承绝缘子8设计为旋转对称结构的空心体。旋转轴线9a相对于断续单元3沿其延伸的轴线9的径向定向。围绕旋转轴线9a构成电容器片10。电容器片10设计为卷圈的形式。通过此电容器片使断续单元3与外壳2之间沿第二支承绝缘子8的电位分布均匀化。电容器片10由卷圈构成，它在第二支承绝缘子8的加工过程中完全用硬化后的绝缘材料围绕。由此电容器片10紧密地与第二支承绝缘子8的绝缘材料连接。与第二支承绝缘子的电容器片10有利地影响电压分布一样，设在第一支承绝缘子7上的电容器片8a也有利地影响那里的电压分布。支承绝缘子7、8也可以在其他适合的位置安装在断续单元10上。同样，所使用的支承绝缘子数量也可以改变。

除了使电压均匀外，电容器片8a、10也可以利用于衰减在近距离短路时引起的过电压行波。由此提高断路器的短路排除能力。在这种情况下电容器片8a、10意味着分别是在导电的电流路径(有引线5、6的断续单元)与地电位(外壳2)之间的一个电容。在引入行波时电容器片充电，并基于能量的加入而使行波衰减。使通过分离部位4可能出现的电压增大缓慢化。由图1可以看出，由支承断续单元所需的支承绝缘子7、8一方面承担固定功能以及另一方面承担衰减功能。因为支承绝缘子7、8相对于接地的外壳2满足绝缘地固定断续单元3的条件，所以也在断续单元3的导电电流路径与地电位之间形成一个电容。

图2表示支承绝缘子第一种设计方案。可以看出，设计为空心的绝缘体20同轴地被空心绝缘子21覆盖。在绝缘体20外表面与空心绝缘子21内表面之间形成空隙。在此空隙内可装入可任意设计的电容器片。通过组合尺寸设计不同的绝缘体20和空心绝缘子21，可以构成不同尺寸的空隙。因此在此空隙内可以装入不同尺寸的电容器片。例如可以在空隙中装入单个穿过支承绝缘子的盘卷。但也可以规定在空隙中装入多个例如沿轴向错开的盘卷。

图3表示支承绝缘子第二种设计方案。在这里的支承绝缘子端侧制有凸缘。在这些凸缘上可以安装外壳2或断续单元3的相应固定件。在图3中电容器片通过各三个电容器的两个串联电路象征性地表示，它们又互相并联地电连接。可以规定，在凸缘上设相应的触点，电容器片可通过它们分别施加电压或地电位。这例如可以是单独的环圈或极靴。但也可以规定，在那里设接触面，它们与断续单元3或外壳2上的固定装置导电地触点接通。在这些图中表示的设计方案在其方式上可以不同组合，也就是说，可以互换各特征。例如可以使用不同的凸缘。可以采用不同的空心或实心绝缘子。可以使用不同设计形式的电容器片。

Claims (7)

1.一种电开关装置(1)、尤其高压断路器，它具有外壳(2)和被该外壳(2)围绕的断续单元(3)、以及至少一个用于在外壳(2)上电绝缘地支承断续单元(3)的支承绝缘子(7、8)，其特征为：支承绝缘子(7、8)具有控制的电容器片(8a、10)。

2.按照权利要求1所述的电开关装置(1)，其特征为，支承绝缘子(7、8)设计为基本上相对于旋转轴线旋转对称，以及电容器片(8a、10)设计为与旋转轴线同轴。

3.按照权利要求1或2所述的电开关装置(1)，其特征为，电容器片(8a、10)埋入支承绝缘子(7、8)内。

4.按照权利要求1至3之一所述的电开关装置(1)，其特征为，电容器片(8a)设在由与绝缘体(20)套叠的空心绝缘子(2)和该绝缘体(20)限定的空隙内。

5.按照权利要求1至4之一所述的电开关装置(1)，其特征为，电容器片(8a、10)由多个互相电连接的电容器装置构成。

6.按照权利要求1至5之一所述的电开关装置(1)，其特征为，支承绝缘子(8)是一个基本上旋转对称的空心体。

7.按照权利要求1至6之一所述的电开关装置(1)，其特征为，电容器片(8a、10)构成断续单元(3)的导电的电流路径(5、6)与地电位之间的电容。

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