CN102403668B - 一种高压组合电器 - Google Patents
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Abstract
一种高压组合电器，克服了现有高压组合电器中绝缘套管存在泄露和暴裂的危险，三工位开关和快速接地开关开断感应电流与开断母线转移电流非常困难，必须使用绝缘能力很好的SF6气体，以及高压断路器直接处于高压力气体中，承压很高的问题，特征与有益效果是：（1）完全采用干燥空气或氮气作为绝缘气体，因此可在低温条件下使用；（2）采用固体绝缘套管，不存在泄露和暴裂的危险；（3）三工位开关和高压真空断路器为积木式结构设计，因此可以灵活插接，实现多种一次结构方案；（4）三工位开关和快速接地开关采用开断弹簧作为隔离开关和快速接地开关快速分断的动力，实现了隔离开关开断母线转移电流和快速接地开关开断感应电流的目的。
Description
技术领域
本发明属于高压力技术领域，具体说是采用干燥空气或氮气作为绝缘介质，使用真空灭弧室开断电流的一种高压组合电器。
背景技术
现有技术中，高压组合电器一般包括绝缘套管、电流互感器和高压断路器及其操作机构，或者还包括三工位开关及其操作机构以及快速接地开关及其操作机构，其中：
现有技术中的绝缘套管常用六氟化硫气体绝缘，也有采用高压干燥空气绝缘，但是它们都存在泄露和爆裂的危险；
现有技术中快速接地开关是由外接的电动弹簧操动机构的传动轴转动带动动触头往复直线运动，实现接地开关的开断与关合，由于中间需要操作机构多个构件的传递，所以接地断口间的开断速度依然较慢，因此在接地断口之间如果充以干燥空气或氮气时，开断感应电流非常困难，燃弧不易熄灭，也必须使用绝缘能力很好的SF6气体作为绝缘气体；
现有技术中的三工位开关的动触头的运动速度较慢，如果在隔离断口之间充以干燥空气或氮气时，燃弧不易熄灭，开断母线转移电流非常困难，实现快速开断母线转移电流，必须使用绝缘能力很好的SF6气体作为绝缘气体；
现有技术中的高压断路器也多采用六氟化硫作为电气绝缘与电路开断介质，为了减少六氟化硫的使用，采用真空开断技术的开断电路逐渐在高电压领域得到了实施，如日本AE帕瓦株式会社生产的一种高压真空断路器，它采取的技术方案是将真空灭弧室直接安装在高压力的绝缘气体中，这样真空灭弧室直接处于高压力气体中，承压很高，增加了真空灭弧室的制造难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足与缺陷，提供一种对绝缘套管、快速接地开关和三工位开关进行改进，并采用干燥空气或氮气作为绝缘介质，使用真空灭弧室作为高压断路器开断电流的一种高压组合电器。
本发明所采用的技术方案包括高压真空断路器、三工位开关、快速接地开关、电流互感器以及断路器操作机构、三工位开关操作机构和快速接地开关操作机构，所述高压真空断路器为三相独立结构，每相均为横卧的罐体结构，高压真空断路器每相上方均连接有将高压真空断路器和隔离开关罐体分为两个气室的碟式套管，在隔离开关罐体中间安装三工位开关和快速接地开关，在隔离开关罐体上部安装泄压装置，在隔离开关罐体上方连接固体绝缘套管，所述高压真空断路器包括真空灭弧室，所述快速接地开关包括接地隔离导体、快速接地导体和接地动导体，在接地隔离导体的内腔和快速接地导体的内腔分别安装有主触指弹簧，在接地隔离导体的内腔中安装有导电管，在导电管的内腔中安装有分断触指弹簧，所述接地动导体置于快速接地导体的内腔中，在接地动导体的内腔中安装有第一开断弹和接地导电杆，在接地动导体上安装有滑动轴，在保护罩内安装有驱动臂，接地动导体上安装的滑动轴可以在驱动臂前端加工的U型槽内滑动，在所述真空灭弧室外装有用环氧树脂制作的大绝缘筒，所述大绝缘筒左右两端分别安装有左屏蔽电极和右屏蔽电极，左屏蔽电极的左端安装小绝缘筒，真空灭弧室与大绝缘筒之间的腔体以及小绝缘筒与操作绝缘杆之间的腔体相连通形成密封的低压气体隔室，在大绝缘筒和小绝缘筒外安装罐体，大绝缘筒和小绝缘筒与罐体之间的腔体形成密封的高压气体隔室,真空灭弧室左端连接操作绝缘杆，右端固定在支柱绝缘上，在所述左屏蔽电极和右屏蔽电极外侧上端分别连接有左连接母线和右连接母线，在罐体右侧安装泄压装置。
所述固体绝缘套管包括铜导体，在铜导体外绕制带屏蔽的环氧玻璃纤维固体绝缘层，在环氧玻璃纤维固体绝缘层外套装有复合绝缘伞裙，在复合绝缘伞裙下部的环氧玻璃纤维固体绝缘层上套装有用来安装电流互感器和与隔离开关罐体连接的支架，在环氧玻璃纤维固体绝缘层上下两端分别安装有上接线板和下接线板。
所述三工位开关包括接地导体、中间导体、隔离导体和动导体，在接地导体的端部和中间导体的两端分别安装有屏蔽环，在接地导体的内腔、隔离导体的内腔和中间导体的内腔分别安装有触指弹簧，在隔离导体的内腔中还安装有隔离开断导体，隔离开断导体中安装有隔离导体触指弹簧，所述动导体置于中间导体的内腔中，在动导体的内腔中安装有第二开断弹簧和导电杆，在动导体上加工有齿条安装槽，并在该槽中通过螺钉固定连接有齿条，在中间导体上安装有与齿条啮合的齿轮，在齿轮的中心轴孔中安装与三工位开关操作机构机械连接的绝缘驱动杆，在齿轮外部安装有表面圆滑过渡的齿轮罩，在所述中间导体的下部安装了两组对动导体起支撑导向作用的导向滚轮,所述导电杆的前端加工有与导电杆杆体圆滑过渡的球头。
在所述低压气体隔室中充入表压为0～0.1MPa的干燥空气或氮气，在所述高压气体隔室中充入表压为0.15～0.6MPa的干燥空气或氮气。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）完全采用干燥空气或氮气作为绝缘气体，因此可在低温条件下使用；
（2）采用固体绝缘套管，不存在泄露和爆裂的危险；
（3）本发明的三工位开关和高压真空断路器为积木式结构设计，因此可以灵活插接，实现多种一次结构方案。
（4）三工位开关由于采用开断弹簧作为隔离开关快速分断的动力，通过导电杆的迅速开断并产生压缩气吹，实现了隔离开关的迅速开断，达到熄灭母线转移电流产生的电弧的目的。
(5) 快速接地开关由于采用开断弹簧作为接地开关快速分断的动力，通过导电杆的迅速开断并产生压缩气吹，起到在接地断口间瞬间灭弧的作用，实现了接地开关的迅速开断，同时，还可实现接地开关关合短路电流的能力。
（6）高压真空断路器将真空灭弧室与操作绝缘杆安装在密封的低压力气体隔室中，使真空灭弧室工作在表压为0～0.1MPa的干燥空气或氮气这样低压力的气体中，从而有效地保护了真空灭弧室和波纹管，而高压力气体隔室中充入表压为0.15～0.6MPa干燥空气或氮气又保证了断路器的绝缘性能，同时也降低了对真空灭弧室制造难度的要求，如果真空灭弧室出现故障，只需要单独更换真空灭弧室即可，整个高压真空断路器则可正常使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，
图2是图1俯视图，
图3是本发明固体绝缘套管剖面图，
图4是本发明快速接地开关结构示意图，
图5是图4的B部放大图，
图6是本发明三工位开关结构示意图，
图7是图6的A-A剖视图，
图8是本发明高压真空断路器的结构示意图，
图9是图8的D-D剖视图。
图中：
1.固体绝缘套管，
1-1．铜导体，1-2. 环氧玻璃纤维固体绝缘层,
1-3.复合绝缘伞裙, 1-4.安装支架,
1-5.上接线板, 1-6.下接线板,
2.电流互感器，
3.快速接地开关，
3-1. 导电管，3-2. 接地隔离导体，
3-3. 分断触指弹簧，3-4. 主触指弹簧，
3-5. 接地导电杆，3-6. 第一开断弹簧，
3-7. 接地动导体，3-8. 驱动臂 ，
3-9. 保护罩，3-10. 快速接地导体，
3-11.滑动轴，3-12.驱动轴。
4.三工位开关，
4.三工位开关，
4-1. 接地导体，
4-2. 屏蔽环，4-3. 触指弹簧，
4-4. 中间导体，4-5. 齿轮，
4-6. 齿条，4-7. 第二开断弹簧，
4-8. 导电杆 ， 4-9. 隔离导体触指弹簧，
4-10隔离开断导体，4-11. 隔离导体，
4-12.动导体，4-13. 绝缘驱动杆，
4-14.导向滚轮，4-15.齿轮罩，
5. 高压真空断路器，
5-1. 操作机构连接杆，
5-2. 罐体， 5-3. 左屏蔽电极，
5-4. 大绝缘筒， 5-5. 真空灭弧室，
5-6.右屏蔽电极， 5-7.支柱绝缘子，
5-8.泄压装置 ，5-9-1. 左连接母线，
5-9-2. 右连接母线，5-10.高压气体隔室，
5-11. 低压气体隔室， 5-12．小绝缘筒，
6. 支架，
7.碟式套管，
8. 三工位开关操作机构，
9. 快速接地开关操作机构,
10 .断路器操作机构,
11.三工位开关操作机构,
12.快速接地开关操作机构。
具体实施方式
下面结合附图提供本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，本发明所采用的技术方案包括高压真空断路器5、三工位开关、快速接地开关3和固体绝缘套管1,所述高压真空断路器5为三相独立结构，每相均为横卧的罐体结构，通过罐体5-2安装在支架6上，所述高压真空断路器5左侧通过连杆机构连接断路器操作机构10，高压真空断路器5每相上方均连接一对碟形套管7，将高压真空断路器5和隔离开关罐体8分为两个气室，每个碟形套管7的上方与隔离开关罐体8连接，隔离开关罐体8中间安装三工位开关4和快速接地开关3以及泄压装置9，隔离开关罐体8上方连接固体绝缘套管1，每个固体绝缘套管1的中部安装电流互感器2，支架6的左侧安装三工位开关操作机构11，通过传动机构与三工位开关4连接，支架6的前侧安装快速接地开关操作机构12，通过连杆机构与快速接地开关3连接。
如图3所示，所述固体绝缘套管1包括铜导体1-1，在铜导体1-1外绕制带屏蔽的环氧玻璃纤维固体绝缘层1-2，在该绝缘层1-2外套装有复合绝缘伞裙1-3，在复合绝缘伞裙1-3下部的固体绝缘层1-2上套装有安装支架1-4，安装支架1-4上部用来安装电流互感器2，下端用来与隔离开关罐体8连接，在环氧玻璃纤维固体绝缘层1-2上下两端分别安装有上接线板1-5和下接线板1-6。
如图4和图5所示，所述快速接地开关3包括接地隔离导体3-2、快速接地导体3-10和接地动导体3-7，在接地隔离导体3-2的内腔和快速接地导体3-10的内腔分别安装有主触指弹簧3-4，在接地隔离导体3-2的内腔中安装有导电管3-1，在导电管3-1的内腔中安装有分断触指弹簧3-3，所述接地动导体3-7置于快速接地导体3-10的内腔中，在接地动导体3-7的内腔中安装有第一开断弹簧3-6和接地导电杆3-5，在接地动导体3-7上安装有滑动轴3-11，在保护罩3-9内安装有驱动臂3-8，所述驱动臂3-8前端加工有U型槽，接地动导体3-7上安装滑动轴3-11可以在驱动臂3-8前端加工的U型槽内滑动，在所述接地隔离导体3-2的前端和快速接地导体3-10的前端都具有带电场屏蔽作用的平滑过渡曲面头。
使用时，所述接地隔离导体3-2与母线机械连接，快速接地导体3-10与开关设备的金属壳体通过机械密封连接，保护罩3-9安装在开关设备的壳体上，在图示导通状态下，接地动导体3-7一端通过主触指弹簧3-4与接地隔离导体3-2实现电气连接，接地动导体3-7另一端通过主触指弹簧3-4与快速接地导体3-10实现电气连接，接地导电杆 3-5插入导电管3-1上的分断触指弹簧3-3中。当驱动臂3-8被快速接地开关操作机构12驱动时绕驱动轴3-12旋转，在接地动导体3-7通过滑动轴3-11被驱动臂3-8驱动可以在快速接地导体3-10中往复移动，实现快速地开关的关合与开断； 接地动导体3-7在驱动臂3-8作用下作分断运动时，由于分断触指弹簧3-3的夹紧力作用，接地导电杆3-5没有即时拔出，当接地动导电体3-7运行到距离接地隔离导体3-2 一定距离时，接地导电杆3-5在第一开断弹簧3-6的作用下克服导电管3-1中的分断触指弹簧3-3的夹紧力，与接地隔离导体3-2上的分断触指弹簧3-3迅速脱开，达到瞬间开断的目的，同时，在接地动导体3-7内腔中的气体被接地导电杆3-5压缩后瞬间喷出，形成压缩气吹，起到在接地断口间迅速灭弧的作用，以开断感应电流，因此本发明可用于洁净干燥空气或氮气作为绝缘气体的金属封闭绝缘开关设备中，所述接地导电杆3-5的前端加工有与导电杆杆体圆滑过渡的球头，在导通状态下该球头与分断触指弹簧3-3相接触，以保证分断触指弹簧3-3有一定的夹紧力，只有当接地导电杆3-5克服分断触指弹簧3-3的夹紧力时才能迅速断开。
如图6和图7所示，所述三工位开关4包括接地导体4-1、中间导体4-4、隔离导体4-11和动导体4-12，所述接地导体4-1与开关设备的金属壳体机械连接，所述中间导体4-4与三工位开关进线母线机械连接，所述隔离导体4-11与三工位开关出线母线机械连接，在接地导体4-1的端部和中间导体4-4的两端分别安装有屏蔽环4-2，在接地导体4-1的内腔、隔离导体4-11的内腔和中间导体4-4的内腔分别安装有触指弹簧4-3，在隔离导体4-11的内腔中还安装有隔离开断导体4-10，隔离开断导体4-10中安装有隔离导体触指弹簧4-9，所述动导体4-12置于中间导体4-4的内腔中，在动导体4-12的内腔中安装有第二开断弹簧4-7和导电杆4-8，在动导体4-12上加工有齿条安装槽，并在该槽中通过螺钉固定连接有齿条4-6，在中间导体4-4上安装有与齿条4-6啮合的齿轮4-5，在齿轮4-5的中心轴孔中安装与三工位开关操作机构机械连接的绝缘驱动杆4-13，在齿轮4-5外部安装有表面圆滑过渡的齿轮罩4-15，在所述中间导体4-4的下部安装了两组对动导体4-12起支撑导向作用的导向滚轮4-14。
在图6所示隔离开关导通状态下，动导体4-12一端通过触指弹簧4-3与中间导体4-4实现电气连接，动导体4-12另一端通过触指弹簧4-3与隔离导体4-11实现电气连接，中间导体4-4两端分别安装的铝制屏蔽环4-2很好地解决了电场均匀分布与散热问题，可防止放电击穿现象的产生并减低局部温升；所述导电杆 4-8插入隔离开断导体4-10上的触指弹簧4-9中，当绝缘驱动杆4-13被三工位操作机构11驱动旋转时，通过齿轮4-5 和齿条4-6的传动，动导体4-12在中间导体4-4上可以往复移动，动导体4-12运动到不同工位时，分别使主电路达到有效接地、隔离或导通三种状态，在动导体4-12运动过程中，由于导向滚轮4-14的支撑导向作用，动导体4-12运行稳定可靠，当动导体4-12在齿轮4-5驱动下作分断隔离开关运动时，由于隔离导体触指弹簧4-9的夹紧力作用，导电杆4-8没有即时拔出，当动导体4-12运行到距离隔离导体4-11 一定距离时，导电杆4-8克服隔离导体触指弹簧4-9的夹紧力，在被压缩的第二开断弹簧4-7的作用下与隔离导体弹簧触指4-9迅速脱开，同时，存在动导体4-12内腔中的气体瞬间喷出，形成压缩气吹，起到在隔离断口间迅速灭弧的作用，以开断母线转移电流。因此本发明可用于洁净干燥空气或氮气作为绝缘气体的金属封闭绝缘开关设备中。
所述导电杆4-8的前端加工有与导电杆4-8杆体圆滑过渡的球头，在导通状态下，该球头与隔离导体触指弹簧9相接触，以保证隔离导体触指弹簧4-9有一定的夹紧力，只有当导电杆4-8克服隔离导体触指弹簧4-9的阻力时，才能使导电杆4-8迅速断开。
如图8和图9所示，所述高压真空断路器5包括真空灭弧室具5-5，在真空灭弧室5-5外装有用环氧树脂制作的大绝缘筒5-4，所述大绝缘筒5-4左右两端分别安装有左屏蔽电极5-3和右屏蔽电极5-6，左屏蔽电极5-3的左端安装小绝缘筒5-12，真空灭弧室5-5与大绝缘筒5-4之间的腔体以及小绝缘筒5-12与操作绝缘杆5-1之间的腔体相连通形成密封的低压气体隔室5-11，在大绝缘筒5-4和小绝缘筒5-12外安装罐体5-2，大绝缘筒5-4和小绝缘筒5-12与罐体5-2之间的腔体形成密封的高压气体隔室5-10，真空灭弧室5-5左端连接操作绝缘杆5-1，右端固定在支柱绝缘5-7上，在左屏蔽电极5-3和右屏蔽电极5-6外侧上端分别连接有左连接母线5-9-1和右连接母线5-9-2，在罐体5-2右侧安装泄压装置5-8，在所述低压气体隔室5-11中充入表压为0～0.1MPa的干燥空气或氮气，在高压气体隔室5-10中充入表压为0.15～0.6MPa的干燥空气或氮气。
Claims (4)
1.一种高压组合电器，包括高压真空断路器（5）、三工位开关（4）、快速接地开关（3）、电流互感器（2）以及断路器操作机构（10）、三工位开关操作机构（11）和快速接地开关操作机构（12），所述高压真空断路器（5）为三相独立结构，每相均为横卧的罐体结构，高压真空断路器（5）每相上方均连接有将高压真空断路器（5）和隔离开关罐体（8）分为两个气室的碟式套管（7），在隔离开关罐体（8）中间安装三工位开关（4）和快速接地开关（3），在隔离开关罐体（8）上部安装泄压装置（9），在隔离开关罐体（8）上方连接固体绝缘套管（1），所述高压真空断路器(5)包括真空灭弧室(5-5)，其特征在于，所述快速接地开关（3）包括接地隔离导体（3-2）、快速接地导体（3-10）和接地动导体（3-7），在接地隔离导体（3-2）的内腔和快速接地导体（3-10）的内腔分别安装有主触指弹簧（3-4），在接地隔离导体（3-2）的内腔中安装有导电管（3-1），在导电管（3-1）的内腔中安装有分断触指弹簧（3-3），所述接地动导体（3-7）置于快速接地导体（3-10）的内腔中，在接地动导体（3-7）的内腔中安装有第一开断弹簧（3-6）和接地导电杆（3-5），在接地动导体（3-7）上安装有滑动轴（3-11），在保护罩（3-9）内安装有驱动臂（3-8），接地动导体（3-7）上安装的滑动轴（3-11）可以在驱动臂（3-8）前端加工的U型槽内滑动，在所述真空灭弧室(5-5)外装有用环氧树脂制作的大绝缘筒(5-4)，所述大绝缘筒(5-4)左右两端分别安装有左屏蔽电极(5-3)和右屏蔽电极(5-6)，左屏蔽电极(5-3)的左端安装小绝缘筒(5-12)，真空灭弧室(5-5)与大绝缘筒(5-4)之间的腔体以及小绝缘筒(5-12)与操作绝缘杆(5-1)之间的腔体相连通形成密封的低压气体隔室(5-11)，在大绝缘筒(5-4)和小绝缘筒(5-12)外安装罐体(5-2)，大绝缘筒(5-4)和小绝缘筒(5-12)与罐体(5-2)之间的腔体形成密封的高压气体隔室(5-10)，真空灭弧室(5-5)左端连接操作绝缘杆(5-1)，右端固定在支柱绝缘(5-7)上，在所述左屏蔽电极(5-3)和右屏蔽电极(5-6)外侧上端分别连接有左连接母线(5-9-1)和右连接母线(5-9-2)，在罐体(5-2)右侧安装泄压装置(5-8)。
2.根据权利要求1所述一种高压组合电器，其特征在于，所述固体绝缘套管（1）包括铜导体（1-1），在铜导体（1-1）外绕制带屏蔽的环氧玻璃纤维固体绝缘层（1-2），在环氧玻璃纤维固体绝缘层（1-2）外套装有复合绝缘伞裙（1-3），在复合绝缘伞裙（1-3）下部的环氧玻璃纤维固体绝缘层（1-2）上套装有用来安装电流互感器（2）和与隔离开关罐体（8）连接的支架（1-4），在环氧玻璃纤维固体绝缘层（1-2）上下两端分别安装有上接线板（1-5）和下接线板（1-6）。
3.根据权利要求1所述一种高压组合电器，其特征在于，所述三工位开关(4)包括接地导体(4-1)、中间导体(4-4)、隔离导体(4-11)和动导体(4-12)，在接地导体(4-1)的端部和中间导体(4-4)的两端分别安装有屏蔽环(4-2)，在接地导体(4-1)的内腔、隔离导体(4-11)的内腔和中间导体(4-4)的内腔分别安装有触指弹簧(4-3)，在隔离导体(4-11)的内腔中还安装有隔离开断导体(4-10)，隔离开断导体(4-10)中安装有隔离导体触指弹簧(4-9)，所述动导体(4-12)置于中间导体(4-4)的内腔中，在动导体(4-12)的内腔中安装有第二开断弹簧(4-7)和导电杆(4-8)，在动导体(4-12)上加工有齿条安装槽，并在该槽中通过螺钉固定连接有齿条(4-6)，在中间导体(4-4)上安装有与齿条(4-6)啮合的齿轮(4-5)，在齿轮(4-5)的中心轴孔中安装与三工位开关操作机构(11)机械连接的绝缘驱动杆(4-13)，在齿轮(4-5)外部安装有表面圆滑过渡的齿轮罩(4-15)，在所述中间导体(4-4)的下部安装了两组对动导体(4-12)起支撑导向作用的导向滚轮(4-14),所述导电杆(4-8)的前端加工有与导电杆(4-8)杆体圆滑过渡的球头。
4.根据权利要求1所述一种高压组合电器，其特征在于，在所述低压气体隔室(5-11)中充入表压为0～0.1MPa的干燥空气或氮气，在所述高压气体隔室(5-10)中充入表压为0.15～0.6MPa的干燥空气或氮气。
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