CN101395686A - 箱壳式真空断路器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空断路器。其用于防止波纹管受损，减小尺寸和防止全球变暖。高压干燥空气装于地箱2中。活动侧触点盒8通过绝缘支承管5和绝缘支承构件7支承在地箱2内的一端，固定侧触点盒9通过支承绝缘构件6支承在地箱2内的另一端。真空断路器10支承在触点盒8和9之间。导体35和15的下端分别与触点盒8和9相连，导体35和15的上端分别与套管端子20和21相连。导体35和15分别由套管16和17围绕。活动侧导体35为管状。提供气密密封部分37－41以便将大气压力施加于暴露给波纹管外侧上的真空的波纹管25的内部、活动侧导体35的内部、支承构件7的内部和活动侧触点盒8的内部，以及将高压干燥空气施加于绝缘支承管5的内部。

Description

箱壳式真空断路器
技术领域
本发明涉及在变电站露天使用以保护动力设备和用于各种其他应用的接地箱壳(dead tank)式真空断路器，更特别地涉及箱内的内部压力结构。
背景技术
图4显示了现有技术的接地箱壳式真空断路器的竖向截面前视图。地箱2支承在安装工作台1上。操作盒4通过支承板3固定到地箱2的一端。操作盒4内部包括操作机构。绝缘支承管5由支承板3支承在地箱2内沿水平方向的一端，支承绝缘构件6支承在地箱2内沿水平方向的另一端。导电的活动侧触点盒8通过绝缘支承构件7支承在绝缘支承管5上。固定侧触点盒9支承在支承绝缘构件6上。作为电路切断部分的真空断路器10分别通过活动侧和固定侧触点盒8和9水平支承在真空断路器的活动侧端部和真空断路器10的固定侧端部处。操作盒4内的操作机构通过图中未显示的杠杆和延伸穿过绝缘支承管5及绝缘支承构件7的绝缘操作杆12与真空断路器10的活动导线11相连。真空断路器10的活动导线11插入活动侧触点盒8中，并且与活动侧触点盒8电连接。真空断路器10的固定导线13与固定侧触点盒9电连接。导线14和15包括分别与触点盒8和9电连接的下端，并且从地箱2的内部以倾斜状态向上延伸。导线14和15分别由套管16和17包围，所述套管16和17分别由安装在地箱2上的套管式电流互感器18和19支承。套管端子20和21分别设置在导线14和15的上端。
而且，地箱2内充满大约0.15MPa的SF6气体以便使导线14和15的高压主回路部分和真空断路器10与处于地电位或地电势的地箱2绝缘。因为SF6气体在绝缘性能方面优越，所以SF6气体可以在低压下实现其功能。
图5显示了现有技术的真空断路器10的剖视图。真空容器通过利用金属固定侧端板23和活动侧端板24密封陶瓷绝缘管22的两端制造而成。固定导线13的一端固定到固定侧端板23的中心处。活动导线11延伸穿过形成于活动侧端板24的中心处的通孔24a。波纹管25的一端固定到围绕通孔24a的活动侧端板24的内侧。波纹管25的另一端固定到活动导线11上。固定电极26和活动电极27分别固定到固定导线13和活动导线11的内端，使得固定电极26和活动电极彼此相对。主屏蔽体28在位于绝缘管22长度中间位置处设置于绝缘管22的内侧上。端子屏蔽体29和30分别设置在端板23和24的内侧上。波纹管屏蔽体31固定到活动导线11上以便覆盖波纹管25的一部分。
在如此构造的真空断路器中，以下列方式进行闭合和打开操作。当在闭合操作的情况下响应于闭合命令驱动操作机构时，通过杠杆和绝缘操作杆12移动活动导线11，并且活动导线11使活动电极27与固定电极26形成接触，从而实现导线14和15之间的连接。当在打开操作的情况下，绝缘操作杆12响应于抽出命令由操作机构通过杠杆拉动时，活动导线11移动，并且活动导线11使活动电极27与固定电极26分开，从而断开导线14和15之间的连接。
在真空断路器10中，不管活动导线11在闭合和打开操作中如何运动，能够伸展和收缩的波纹管25都会保持真空容器中的真空。波纹管25具有能够承受外侧真空和内侧SF6气体压力之间的一定程度的压差的结构。然而，由于波纹管25由金属材料薄板例如不锈钢制成，因此，当压差增大到超过某一水平时，波纹管25可能发生称作失稳(buckling)的现象。因此，波纹管25内侧上SF6气体的压力需要低于或等于大约0.2MPa。而且，为了防止全球变暖，由于SF6气体的较大全球变暖潜力，目前需要尽可能地减少SF6气体的使用量。
专利文献1显示了通过设定波纹管外侧的真空和波纹管内侧的低压气体或大气压力来减小波纹管的内外压力之差，从而防止波纹管受损的方法。专利文献2显示了使非真空侧(anti-vacuum side)上的空间形成低压密闭腔室的方法。
专利文献1：已公布的日本专利申请，Kokai No.2004-220922
专利文献2：已公布的日本专利申请，Kokai No.H06-208820
发明内容
本发明要解决的技术问题
干燥空气由于其近乎于零的变暖潜力而有效防止全球变暖，因此，干燥空气是地箱中的填充气体的一种可能候选材料，以代替SF6气体。然而，干燥空气在绝缘能力方面不如传统的SF6气体。因此，需要通过将气压增大到大约0.4-0.5MPa来提高绝缘能力，而真空断路器的波纹管随着气压的增大成为最弱部分之一。因此，为了防止波纹管失稳，需要使波纹管部分与其它高压部分分开，并且将波纹管部分中的压力设定为低压或大气压力。因为绝缘性能通常随着气压降低而变弱，需要增大绝缘支承管和绝缘操作杆的总长度，它们属于低压部分的一部分并且与限定高电压部分与地部分或接地部分之间的绝缘距离的部分相对应。因此，产生了地箱长度增大的问题，如下文参照图6所述。
在图6中，附图标记32表示连接操作机构与绝缘操作杆12的杠杆，附图标记33表示设置于真空断路器10的活动导线11和活动侧触点盒8之间的环触点，附图标记34表示用于将活动电极27压在固定电极26上并用于使绝缘支承管5和活动侧触点盒8直接相连的压缩弹簧。干燥空气在高压下密封于地箱2中。在这种情况下，绝缘支承管5和活动侧触点盒8内的压力设定为大气压力(低压)，波纹管25布置成使波纹管的外侧为真空，内侧为大气压力(低压)。因此，这种结构可以减小波纹管25内外侧之间的压差，如专利文献1中的结构那样，从而防止波纹管25受损。然而，绝缘支承管5和绝缘操作杆12的长度增大以弥补绝缘能力方面的降低。长绝缘支承管5和操作杆12导致地箱2增大，并且增大了整个设备的尺寸。另一方面，当波纹管25内的压力设定为高压时，波纹管25应当构造为具有承受内外侧之间压差的结构，并且成本由于需要特殊材料和特殊结构而增大。在地箱的非真空侧形成有低压气密腔室的情况下(如专利文献2所公开的)，地箱内的高压气体有可能逐渐泄漏到密闭腔室中和逐渐增大压力。
本发明的目的在于解决这种问题，并且其目标是提供一种接地箱壳式真空断路器，该真空断路器即使在封闭于地箱中的绝缘气体的压力增大从而防止介电强度减弱时，也可以使施加给波纹管的应力保持低水平。
技术手段
根据如权利要求1所述的本发明，真空断路器包括：地箱，其填充有压力高于大气压力的绝缘气体；真空断路器，其包括真空容器、电极和波纹管，所述电极分别由活动导线和真空容器内的固定导线支承并且布置成使所述电极可以彼此接触和分离，所述波纹管用以保持活动导线和真空容器之间的真空；活动侧触点盒和固定侧触点盒，其通过地箱内的绝缘构件支承并且设置在真空断路器的两侧；活动侧导体和固定侧导体，其分别与活动侧触点盒和固定侧触点盒相连并且穿过设置于地箱中的套管延伸到外面；和延伸穿过上述绝缘构件(7，6)并使活动导线(11)与地箱外面的操作机构(4)相连的绝缘操作杆(12)。在这个真空断路器中，所述活动侧导体为管状或管形，形成与波纹管非真空侧上的空间连通并且通过密封设备或密封装置与地箱内填充有绝缘气体的空间绝缘的腔室，所述腔室通过活动侧导体的内腔与大气连通。
根据如权利要求2所述的本发明，真空断路器包括：填充有高压干燥空气的地箱；真空断路器，其包括由活动侧触点盒支承的活动侧端部和由固定侧触点盒支承的固定侧端部，所述活动侧触点盒通过绝缘支承管和绝缘支承构件支承在地箱中，绝缘操作杆穿过所述绝缘支承管插入，所述真空断路器还包括波纹管，所述波纹管设置在活动侧端部上并布置成使真空位于波纹管外周侧；和活动侧导体和固定侧导体，所述活动侧导体包括与活动侧触点盒相连的下端和与一套管端子相连的上端并且由一套管围绕，所述固定侧导体包括与固定侧触点盒相连的下端和与一套管端子相连的上端并且由一套管围绕。在这个真空断路器中，活动侧导体为管状或管形，真空断路器的活动侧导体的内部、支承构件的内部、活动侧触点盒的内部和波纹管的内部彼此连通，所述活动侧导体的上端通向大气，在所述支承构件和绝缘操作杆之间设置气密密封部分以将高压干燥空气保持在绝缘支承管中。
在根据如权利要求3所述的真空断路器中，在通向大气的活动侧套管端子的通气孔中设置过滤器。
技术效果
根据权利要求1，因为高压绝缘气体装于地箱中，有可能在即使绝缘操作杆等的长度减小时也能确保绝缘性能，从而减小整个设备的尺寸。而且，由于大气压力施加于波纹管的非真空侧的布置，波纹管的外侧压力和内侧压力之间的压差减小，从而防止波纹管受损或损坏。
因为如权利要求2所述高压干燥空气施加于例如绝缘支承管和绝缘操作杆的高电场部分的布置，真空断路器可以在即使包括这些构件的部分的长度减小时也能保持绝缘性能，因此使减小整体尺寸成为可能。而且，波纹管布置成使波纹管的外侧为真空，内侧为大气压力。该布置可以减小波纹管外侧压力和内侧压力之间的压差，从而防止波纹管受损或损坏。为了将大气压力施加于波纹管内，大气压力进一步施加给与波纹管内部连通并由活动侧导体的内部、绝缘支承构件的内部和活动侧触点盒的内部形成的空间。因为这些构件是不施加高电场且电势相等的构件，这些构件不需要高绝缘能力。而且，密封于地箱内的气体是具有低全球变暖潜力的干燥空气，使得真空断路器有助于防止全球变暖。
如权利要求3所述，活动侧套管端子形成有通向大气的通气孔，并且过滤器设置在通气孔内。这种布置有效防止雨水或其它异物渗入管状活动侧导体内。
附图说明
图1是根据本发明一个优选实施例的接地箱壳式真空断路器的主体部分的放大竖向截面前视图或正面图。
图2是根据本发明优选实施例的接地箱壳式真空断路器的竖向截面前视图或正面图。
图3是根据本发明优选实施例的接地箱壳式真空断路器的活动侧导体的一部分的放大竖向截面图。
图4是了现有技术的接地箱壳式真空断路器的竖向截面前视图。
图5是现有技术的真空断路器的剖视图。
图6是现有技术的接地箱壳式真空断路器的竖向截面前视图，其中，高压干燥空气填充于地箱种，绝缘支承管、活动侧触点盒和波纹管中的压力设定在大气压力。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的一个和多个优选实施例进行说明。图1是根据一个优选实施例的接地箱壳式真空断路器的主体部分的放大竖向截面前视图。图2是接地箱壳式真空断路器的竖向截面前视图。图3是接地箱壳式真空断路器的活动侧导体的一部分的放大竖向截面图。在图1和3中，阴影线表示具有大气压力的部分。在图中，干燥空气作为高压绝缘气体密封在地箱2中。高压干燥空气还填充套管16和17。支承板3固定在地箱2内的一个水平端上。活动侧触点盒8通过绝缘支承管5和绝缘支承构件7支承在支承板3的内侧上。固定侧触点盒9通过支承绝缘构件6支承在地箱2的另一水平端上。真空断路器10的活动侧端部支承在活动侧触点盒8的管状金属构件8b上。真空断路器10的固定侧端部支承在固定侧触点盒9上。真空断路器10的活动导线11经由环触点33穿过活动侧触点盒8插入，并且与延伸穿过绝缘支承管5和绝缘支承构件7的绝缘操作杆12连接。在真空断路器10的活动侧端板24和活动导线11之间，设置有由施加在波纹管25外侧上的真空包围的波纹管25。
附图标记35表示活动侧导体，该活动侧导体为管状或成形为管。活动侧导体35的下端与活动侧触点盒8相连。固定侧导体15的下端与固定侧触点盒9相连。导体15和35沿倾斜方向从地箱2的内部向上延伸。导体15和35分别由设置在套管式电流互感器18和19上的套管16和17包围。套管端子20和21与导体15、35的上端相连。活动侧套管端子20具有通向大气的通气孔20a，并且过滤器36设置在活动侧套管端子20的该通气孔20a中。
为了在真空断路器10的波纹管25的内侧上设定大气压力，大气压力施加在通向波纹管25的内侧且不接收高电场的部分上。更具体地，大气压力被引入活动侧导体35的内部空间、绝缘支承构件7的内部空间和活动侧触点盒8的内部空间。为了获得该大气压力部分，在活动侧导体35的外周和活动侧触点盒8的管状部分8a之间、在绝缘支承构件7和活动侧触点盒8之间、在活动侧触点盒8和触点盒8的管状金属构件8b(焊接到端板24上)之间设置作为气密密封部分的高温密封部分(用于在高温下密封的部分)37-39。而且，为了在绝缘支承管5中提供高压干燥空气，在绝缘操作杆12和支承构件7以及在绝缘操作杆12和支承板3的通孔3a之间设置作为气密密封部分的线性密封部分40和41。
在上述优选实施例中，包括接收施加的高电场的构件例如绝缘支承管5和绝缘操作杆12的高电场部分布置成使高压干燥空气被施加给高电场部分。即使在这些部件的长度减小的情况下，这种布置也能确保绝缘性能，因此使减小地箱2的尺寸和减小真空断路器的总体尺寸成为可能。波纹管25布置成使波纹管25内侧为大气压力，外侧为真空，并且波纹管25的内外侧之间的压差得以减小。因此，这种布置可以防止波纹管受损或损坏，消除了对承受波纹管内外侧之间的较大压差的结构的需要，从而通过允许使用适于大量生产的结构而降低了成本。
虽然波纹管25、活动侧导体35、支承构件7和活动侧触点盒8布置成使大气压力施加于波纹管25的内部空间、活动侧导体35的内部空间、支承构件7的内部空间和活动侧触点盒8的内部空间中，这些部件电势相等并且没有高电场，因此，这些部件不需要高压和高绝缘性能。密封于地箱2中的干燥空气的全球变暖潜力较小，因此，真空断路器可以有助于防止全球变暖。而且，活动侧套管端子20包括通气孔20a，该通气孔与大气连通并且设置有过滤器36。因此，过滤器可以防止雨水流入中空活动侧导体35的内腔中。
作为用于提高介电强度的高压绝缘气体，上述优选实施例使用干燥空气。然而，代替干燥空气，可以使用SF6气体、CF3I气体、N2气体等。在使用这些高压绝缘气体的情况下，包括形成在与波纹管25的真空侧相对的非真空侧上的大气压力腔室的方案可以减小波纹管25的内外侧之间的压差，并且减小干燥空气条件下施加于波纹管25上的应力水平。尤其地，当气压设定为大约0.17-0.4MPa的高压时，使用具有高介电强度的SF6气体使减小地箱2的尺寸成为可能。即使在高温密封部分37-39中出现泄漏的情况下，活动侧触点盒8的内部空间(管状金属构件8b的内部空间)中的压力仍保持为大气压力，使得波纹管25不受到不利影响。
附图标记说明
2                    地箱
3                    支承板
5                    绝缘支承管
6                    支承绝缘构件
7                    支承构件
8、9                 触点盒
10                   真空断路器
11                   活动导线
12                   绝缘操作杆
13                   固定导线
15、35               导体
16、17               套管
20、21               套管端子
20a                  通气孔
23、24               端板
25                   波纹管
36                   过滤器
37～39               高温密封部分
40、41               线性密封部分

Claims (3)

1.一种真空断路器，包括：
地箱，其填充有压力高于大气压力的绝缘气体；
真空断路器，其包括真空容器、电极和波纹管，所述电极分别由活动导线和真空容器内的固定导线支承并且布置成使所述电极可以彼此接触和分离，所述波纹管用以保持活动导线和真空容器之间的真空，
活动侧触点盒和固定侧触点盒，其通过地箱内的绝缘构件支承并且设置在真空断路器的两侧；
活动侧导体和固定侧导体，其分别与活动侧触点盒和固定侧触点盒相连并且穿过设置于地箱中的套管延伸到外面；和
绝缘操作杆，其延伸穿过上述绝缘构件并且使活动导线与地箱外面的操作机构连接；
其中，所述活动侧导体为管状，并且形成有腔室，所述腔室与波纹管非真空侧上的空间连通并且通过密封装置与地箱内填充有绝缘气体的空间隔离，所述腔室通过活动侧导体的内腔与大气连通。
2.一种真空断路器，包括：
地箱，其填充有高压干燥空气；
真空断路器，其包括由活动侧触点盒支承的活动侧端部和由固定侧触点盒支承的固定侧端部，所述活动侧触点盒通过绝缘支承管和绝缘支承构件支承在地箱中，绝缘操作杆穿过所述绝缘支承管插入，并且所述真空断路器包括波纹管，所述波纹管设置在活动侧端部上并布置成使真空位于波纹管的外侧；和
活动侧导体和固定侧导体，所述活动侧导体包括与活动侧触点盒相连的下端和与一套管端子相连的上端并且由一套管围绕，所述固定侧导体包括与固定侧触点盒相连的下端和与一套管端子相连的上端并且由一套管围绕；
其中，所述活动侧导体为管状，真空断路器的活动侧导体内部、支承构件内部、活动侧触点盒内部和波纹管的内部彼此连通，所述活动侧导体的上端通向大气，并且在所述支承构件和所述绝缘操作杆之间设置有气密密封部分以将高压干燥空气保持在所述绝缘支承管中。
3.如权利要求2所述的真空断路器，其中，过滤器设置在通向大气的活动侧套管端子的通气孔中。
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