CN103915283A - 气体绝缘开关设备 - Google Patents

Abstract

一种气体绝缘开关设备，包括：外壳；固定触臂，其固定安装在所述外壳内；活动触臂，其安装为在所述外壳内移动以便连接到所述固定触臂或与所述固定触臂分离；凸轮，其在闭合位置和断开位置之间往复运动，以移动所述活动触臂；和致动器，其移动所述凸轮，其中所述凸轮包括第一和第二凸轮表面，并且当所述凸轮通过所述致动器移动到所述断开位置时，所述活动触臂在所述第一凸轮表面作用下的移动加速度大于在所述第二凸轮表面作用下的移动加速度，并且所述活动触臂在所述第一凸轮表面作用下的移动距离小于在所述第二凸轮表面作用下的移动距离。

Description

气体绝缘开关设备

发明领域

本发明涉及一种气体绝缘开关设备，尤其涉及一种设计为打开或者关闭电力传输线路和消除通过使用气体而在执行绝缘或断路操作时产生的电弧的开关设备。

背景技术

一般来说，开关设备指在输电和配电（变电）系统或在电子电路中出现事故或诸如接地故障、短路等的故障时打开或关闭电路负载或切断电流的设备。特别地，气体绝缘开关设备包括安装在充满SF6绝缘气体的箱型外壳内的短路部件，该绝缘气体为一种具有良好绝缘性能的无味无嗅无毒的惰性绝缘气体。在该气体绝缘开关设备中，所使用的电子线路可以手动地打开或关闭，或者通过安装在外壳之外的致动器等远程地打开或关闭。在过载或短路的情况下，气体绝缘开关设备自动地断路电流以保护电源系统和电路负载设备。

如上所述，气体绝缘开关设备包括安装在短路部件中的固定触臂和活动触臂。通常地，固定触臂与活动触臂接触以允许电流流过，并且在由于电源线路上的故障电流而流过大电流的情况下，活动触臂和固定触臂迅速分开以切断该大电流。

这里，致动器通过由液压、气压或电动机来储能的弹簧等所产生的致动动力来将连接到圆筒的活塞杆移动到断路位置，并且当绝缘灭弧气体根据活塞杆的移动在压缩室内被压缩时，将具有高压的压缩灭弧气体喷射至电弧以冷却和消除该电弧，从而完成断路操作。因此，相对于连接（也就是闭合）操作来说，断路故障电流的断路操作需要较高程度的致动动力。另外，为了提高断路性能，活动触臂需要尽可能快地与固定触臂分离，并且即使在分离之后，活动触臂和固定触臂之间也最好尽可能地保持较大的距离。

即，在断路操作的初始阶段下，活动触臂将会克服固定触臂和活动触臂之间的摩擦力和灭弧气体的压力而移动，因此与活动触臂的移动相关的阻力增大。另外，为了尽可能减少故障电流的流动时间，活动触臂应当以非常快的速度与所述固定触臂分离。

为此，需要大负载量的致动器。具体来说，为了增加致动动力，需要使用大负载量的弹簧，然而其将导致致动器的体积增加。另外，为了稳定地支持该大负载量的弹簧，需要增加固定支持该弹簧的结构的强度，这进一步增加了致动器的体积。

因此，需要能够快速执行断路操作，而且不会显著地增加致动器的体积。在美国专利US7528336公开了一个这样的示例。在相关技术中，在断路操作的初期，通过调整配置和连接到致动器的杠杆和活动触臂的杆的连杆构件的安装角度，使得能够传递较高的转矩来快速执行断路操作。具体地，在现有技术中，通过在断路操作初期由致动动力将最大转矩施加到连杆构件来快速执行断路操作。特别地，在现有技术中，由于在电路闭合操作时相对于断路操作来说不需要那么迅速的操作，通过利用这一情况，提高了断路操作在初始阶段的操作特性。

然而，即使是对于现有技术来说，传递最大转矩的时间太短，并且基于活动触臂的移动所消耗的转矩太大，因此很难获得足够的断路速度。即，为了在断路操作的初期执行具有最大加速度力的断路操作，最大转矩需要持续足够长时间，或者转矩的消耗需要足够小，但是在现有技术中，调整持续时间或消耗是不可能的。

另外，为了最大化在执行断路操作到某一程度的情况下的活动触臂的移动的加速度，最大转矩和最小转矩的时间间隔越短越好，但是在现有技术中，不可能调整时间间隔。

发明内容

因此，这里详细描述的说明书的一方面是提供一种在相同的致动动力下能够实现相对快的断路操作的气体绝缘开关设备。

详细描述的说明书的另一方面是提供了一种能够很容易地调整活动触臂的移动特性的气体绝缘开关设备。

为了获取这些或其他优点，正如这里具体和宽泛描述一样，与本发明的目的一致，按照本发明的气体绝缘开关设备包括：外壳；固定触臂，其固定安装在所述外壳内；活动触臂，其安装为在所述外壳内移动以便连接到所述固定触臂或与所述固定触臂分离；凸轮，其在闭合位置和断开位置之间往复运动以移动所述活动触臂；和致动器，其移动所述凸轮。

其中所述凸轮包括第一和第二凸轮表面，并且当所述凸轮通过所述致动器移动到所述断开位置时，所述活动触臂在所述第一凸轮表面作用下的移动加速度大于在所述第二凸轮表面作用下的移动加速度，并且所述活动触臂在第一凸轮表面作用下的移动距离小于在所述第二凸轮表面作用下的移动距离。

根据本发明的一个方案，所述活动触臂由在所述致动器的作用下往复运动的凸轮来移动。特别地，所述凸轮配置为在所述活动触臂和所述固定触臂连接的闭合位置和所述活动触臂与所述固定触臂尽可能远地分离的断开位置之间往复运动，并且在这个过程中，所述活动触臂根据由在所述凸轮中设置的所述第一凸轮表面和第二凸轮表面的形状确定的移动速度和距离来移动。因此，所述第一凸轮表面在断路操作的初始阶段确定所述活动触臂的移动，并且所述第二凸轮表面在断路操作的后期阶段确定所述活动触臂的移动，所述活动触臂的断路操作能够容易地进行设置。

同样地，由于第一凸轮表面确定的活动触臂的移动速度和移动距离分别比所述第二凸轮表面确定的活动触臂的移动速度和移动距离更高和更短，所以活动触臂在断路操作的初始阶段迅速被分离，并且在后期阶段，尽管速度较低，所述活动触臂可定位为以较长的距离分离。

这里，所述第一凸轮表面相对于所述活动触臂的轴向的平均斜率设置为比所述第二凸轮表面相对于所述活动触臂的轴向的平均斜率更大。

所述凸轮进一步包括设置在所述第一凸轮表面和所述第二凸轮表面之间的第三凸轮表面，并且所述第三凸轮表面的平均斜率的值在所述第一和第二凸轮表面的平均斜率的值之间。同样地，在所述第二凸轮表面的端部具有凹部以阻止由于断路操作而分离的所述活动触臂朝所述固定触臂移动。

同时，所述凸轮包括其内的空间部分，并且所述第一凸轮表面和第二凸轮表面设置在所述空间部分的内圆周表面上。

这里，所述气体绝缘开关设备进一步包括将凸轮容纳在其中的凸轮壳体，并且该凸轮壳体具有引导所述凸轮移动的导向条。

在所述凸轮壳体内设置有导轨以引导所述活动触臂的移动。

所述气体绝缘开关设备进一步包括连接到所述活动触臂和所述凸轮的绝缘杆。

同样地，所述绝缘杆的一部分插入所述导轨之间。

同样地，在所述绝缘杆的端部安装有与所述凸轮表面接触的凸轮滚柱。

同样地，支撑所述凸轮滚柱的可转动的转动轴的两个端部插入到所述导轨之间。

所述致动器包括以预定的角度范围往复运动的操作杆，并且进一步包括连接所述操作杆和所述凸轮的连接杆。在所述连接杆的端部形成一长孔，并且所述连接杆和所述操作杆通过所述长孔铰接。

本申请的应用的更大的范围将通过下文给出的详细说明书而变得明显。然而，应当知道，在示出本发明的优选实施例的同时，详细的说明书和特定实例仅仅是以例证形式给出，因为对于本领域技术人员来说，根据详细说明书的记载而在本发明的精神和范围内的不同变化和修改将变得明显。

附图说明

用来提供对本发明进行进一步理解，并且被结合而成为本发明的一部分的附图与说明书一起用来阐述示例性实施例以解释本发明的原理。

在附图中：

图1为根据本发明示例性实施例的气体绝缘开关设备的外部的一部分的示意性侧视图；

图2为根据本发明实施例的气体绝缘开关设备中的活动触臂处于闭合位置的状态下的横截面图；

图3为根据本发明实施例的气体绝缘开关设备中的凸轮的前视图；

图4为根据本发明实施例的气体绝缘开关设备中活动触臂处于断路位置的状态下的横截面图；

图5为根据本发明实施例气体绝缘开关设备中的滚柱插入凸轮壳体中的状态下的立体图；

图6为凸轮壳体内部的前视图。

具体实施方式

现在参考附图给出关于示例性实施例的详细描述。出于对附图的简要描述，相同的或等同的部件使用相同的参考数字，并且不再重复对其的说明。

下文中，将参考附图对根据本发明的示例性实施例的气体绝缘开关设备进行详细描述。

图1为根据本发明示例性实施例的气体绝缘开关设备的外部的一部分的示意性侧视图。参考图1，根据本发明示例性实施例的气体绝缘开关设备包括具有大致圆柱形状的外壳102。外壳102的内部充满作为灭弧气体的六氟化硫绝缘气体（下文中简称为SF6），其为一种无色无嗅无毒的惰性绝缘气体，并且设置终端套管（未示出）来连接到电源系统。

同时，容纳（将要描述的）凸轮的凸轮壳体110设置于外壳102的一侧。凸轮壳体110具有与外壳102的直径相似的圆柱形状，并且其一个端部打开以与外壳102的内部空间连通。

同时，致动器200设置在凸轮壳体110的下面。用于将致动器200产生的致动动力传递到外部的操作杆202安装在致动器200的一侧。操作杆202配置为在致动器200中的电动机和弹簧所产生的转矩的作用下以顺时针或逆时针方向转动，并且其端部铰接有连接杆210。

连接杆210具有形成在一端部的连接孔（长孔）212，并且操作杆202和连接杆210通过连接孔212铰接。因此，尽管操作杆202转动，但是在连接杆210的长孔（即连接孔212）中移动的铰接轴（未示出）平滑地将操作杆202的旋转运动转换为连接杆210的滑动。

图2为根据本发明示例性实施例的气体绝缘开关设备的内部结构的横截面视图。在图2中，省略外壳和凸轮壳体以帮助理解。如上所述，凸轮120容纳于凸轮壳体110内。凸轮120与连接杆210的上端部铰接（基于图2），以便当操作杆202旋转时，凸轮120在连接杆210的作用下向上或向下移动。

在这种情况下，为了允许凸轮120平滑移动，与凸轮120的一侧接合以引导凸轮120的垂直移动的导向条112安装在凸轮壳体110内。上下延伸的沟槽位于导向条112内，并且凸轮120的一侧插入该沟槽内，从而引导凸轮的垂直移动。

同时，空间部分122设置于凸轮120内，并且沿着空间部分122的内圆周表面设置凸轮表面。图3为凸轮120的空间部分122的放大前视图。凸轮表面包括允许活动触臂远离固定触臂的断开凸轮表面124和允许活动触臂向着固定触臂移动的闭合凸轮表面126，如下文所述。

断开凸轮表面124划分为第一凸轮表面124a、第二凸轮表面124b和第三凸轮表面124c，并且在第二凸轮表面124b的端部设置有凹部124d（换句话说是挂钩和止动部）。闭合凸轮表面126划分为第一凸轮表面126a和第二凸轮表面126b。每个凸轮表面都将在下文中描述。

重新参考图2，凸轮120连接到绝缘杆130。滚柱132安装在绝缘杆130的一个端部。滚柱132位于上述的断开凸轮表面和闭合凸轮表面上以减少绝缘杆130和凸轮表面之间的摩擦力。同样地，绝缘杆130设置为与外壳102的长度方向平行，并且其另一端连接到中间杆140。

中间杆140的一个端部连接到上述绝缘杆130，并且其另一端连接到端杆150。端杆150的内部是中空的，并且活动触臂160安装在端杆150的一个端部。如图所示，活动触臂160的内部是中空的，并且固定触臂170插入活动触臂160的中空的空间内，同时固定触臂170的外圆周壁与活动触臂160的内圆周壁接触以便相互之间电连接。

这里，在中间杆140的一侧设置凸缘142，并且在凸缘142内安装缓冲弹簧144。缓冲弹簧144的一个端部与端杆150的端部接触以对在断路（换句话说是断开）和闭合操作期间施加的撞击进行缓冲。中间杆140与端杆150铰合，并且该绞合的铰接轴140a插入并支撑在长孔152中，长孔152形成为在端杆150的端部处沿轴线延伸。相应地，即使在绝缘杆130和中间杆140固定的情况下，端杆150也可以在长孔152的有限长度内移动。然而，在这种情况下，由于缓冲弹簧144的弹力，端杆150与中间杆140保持分离。

例如，当由于断路操作，绝缘杆130在图2上向左移动（或移动到左侧）时，由于缓冲弹簧144的弹力，中间杆140的铰接轴140a保持与长孔152的左端部接触，因此，端杆150在绝缘杆130移动的同时也向左移动。从而，当绝缘杆130的移动停止时，端杆150在压缩缓冲弹簧144的同时继续移动，这里，端杆150持续移动直到缓冲弹簧144完全被压缩或者铰接轴140a到达长孔152的右端部。

圆筒180连接到端杆150的外圆周部分，并且与端杆150一起移动。在断路操作期间，活塞190插入到圆筒180内以施加压力，以便填充的灭弧气体向活动触臂160喷射。

图4为活动触臂在致动器的致动下移动到断开位置的状态下的横截面视图。参考图4和图2，当致动器200被致动时，操作杆202以逆时针方向转动。相应地，连接杆210同样从图2所示的位置向下移动到图4所示的位置，使得凸轮120沿着所示的导向条112向下移动。因此，与断开凸轮表面124接触的滚柱132依照以下顺序移动：从第一凸轮表面124a，第三凸轮表面124c到第二凸轮表面124b。即，绝缘杆130沿着断开凸轮表面124向左移动。

如图3所示，第一凸轮表面124a设置为具有相对于活动触臂的移动方向的较大斜率。事实上，第一凸轮表面124a配置为连续曲线，因此，用第一凸轮表面124a的平均斜率，而不是在特定点的斜率，来指定第一凸轮表面124a的形状将是有益的。这样，第一凸轮表面124a的平均斜率大于第二和第三凸轮表面的平均斜率。因此，在凸轮120下降相同的距离的情况下，活动触臂在第一凸轮表面作用下所移动的水平距离最短。因此，由于在使用相同力时第一凸轮表面124a这一段最短，因此，与其它凸轮表面124c和124b相对的，在第一凸轮表面124a作用下的活动触臂的加速度大于其它两个凸轮表面124c和124b作用下的加速度。

同时，第二凸轮表面124b具有与水平轴近似的斜率，并且负责活动触臂的一半或更多的行程。另外，凹部124d设置于第二凸轮表面124b的端部以阻止活动触臂由于撞击而向相反的方向移动。第三凸轮表面124c用来连接第一凸轮表面124a和第二凸轮表面124b，并且用来缓和第一凸轮表面124a和第二凸轮表面124b之间斜率上的明显差异。

如上所述，在断路操作（即断开操作）初期，活动触臂在第一凸轮表面124a这较短的一段内迅速移动，并在第二凸轮表面124b这相对较长的一段缓慢移动。因而，在第一凸轮表面124a的行程的每相同的水平距离上施加相对更大的力到活动触臂，断路操作在其初始阶段被迅速执行。另外，由于与第一凸轮表面124a对应的行程部分较短，因此对活动触臂施加几乎瞬时的致动动力，并且该致动动力的值接近最大值，从而活动触臂的移动速度最大化。

同时，由于第二凸轮表面124b上的行程占了活动触臂的整个行程的大部分，并且其与断路操作的后期对应，因此活动触臂的移动速度较低。然而，在这种情况下，由于活动触臂已经在第一凸轮表面124a的作用下与固定触臂170分离，因此该低速不会影响断路性能。因此，保证了在活动触臂由第二凸轮表面124b移动的同时，活动触臂和固定触臂之间具有足够的绝缘距离。第三凸轮表面124c的表面距离比第一凸轮表面124a和第二凸轮表面124b的表面距离更短，因此滚柱132在相对较短的时间里从第一凸轮表面124a移动到第二凸轮表面124b。因此，在第二凸轮表面124b作用下的移动段中增加了加速度。

同时，闭合凸轮表面126包括第一凸轮表面126a和第二凸轮表面126b，第二凸轮表面126b占了闭合凸轮表面126的大部分。凹部126c设置于第二凸轮表面126b的端部。

参考图5和6，导向滚柱134安装在滚柱132的两侧，并且插入设置于凸轮壳体110内的一对导轨114中。一对导轨114设置为与活动触臂160的移动方向平行以在保持与活动触臂160平行的同时引导绝缘杆130移动。

根据具有前述配置的本发明的各方案，由于移动速度和移动距离由具有不同形状的第一和第二凸轮表面任意地确定，因此很容易确定活动触臂的移动，增加了设计的自由度。另外，通过增加在第一凸轮表面的作用下的移动速度和减少在所述第一凸轮表面的作用下的移动距离，活动触臂在断路操作的初始阶段迅速与固定操作臂分离。

另外，额外地在第一凸轮表面和第二凸轮表面之间设置第三凸轮表面，并且通过调整第三凸轮表面的部分来确定从第一凸轮表面到第二凸轮表面的过渡过程。即，当第三凸轮表面较短时，活动触臂的移动速度在短时间内迅速改变，因此增加了活动触臂的加速度。

而且，由于在凸轮内的第一和第二凸轮表面的存在，尽管移动迅速，当仍然能够保持活动触臂和凸轮之间的凸轮接合。

前述的实施例和优点仅仅是示例性，并且不应当解释为对本发明的限制。当前教导很容易地施加到其它类型的装置。该说明书是为了阐述，不是为了限制权利要求的范围。多种替代、修改和变型对于本领域技术人员来说是显而易见的。这里描述的实施例的特征、结构、方法和其他特性可以不同方式组合以获取额外和/或替代的示例性实施例。

当前特征在不脱离其中特性的几种形式下具体表述时，同样应当知道上述实施例不限于前述说明书中的任何详细描述，除非专门指出，否则应当宽泛地认为限定在附带的权利要求的范围内，并且因此落在权利要求的范畴和范围内的所有改变和修改，或这些范畴和范围的等同替代包含在附带的权利要求内。

Claims (13)

1.一种气体绝缘开关设备，其特征在于所述开关设备包括：

外壳；

固定触臂，其固定安装在所述外壳内；

活动触臂，其安装为在所述外壳内移动以便连接到所述固定触臂或与所述固定触臂分离；

凸轮，其在闭合位置和断开位置之间往复运动以移动所述活动触臂；和

致动器，其移动所述凸轮，

其中所述凸轮包括第一凸轮表面和第二凸轮表面，并且当所述凸轮通过所述致动器移动到所述断开位置时，所述活动触臂在所述第一凸轮表面作用下的移动加速度大于在所述第二凸轮表面作用下的移动加速度，并且所述活动触臂在所述第一凸轮表面作用下的移动距离小于在所述第二凸轮表面作用下的移动距离。

2.如权利要求1所述气体绝缘开关设备，其中所述第一凸轮表面相对于所述活动触臂的轴向的平均斜率设置为大于所述第二凸轮表面相对于所述活动触臂的轴向的平均斜率。

3.如权利要求2所述气体绝缘开关设备，其中所述凸轮进一步包括设置在所述第一凸轮表面和所述第二凸轮表面之间的第三凸轮表面，并且所述第三凸轮表面的平均斜率的值在所述第一和第二凸轮表面的平均斜率的值之间。

4.如权利要求3所述气体绝缘开关设备，其中在所述第二凸轮表面的端部设置有凹部。

5.如权利要求1所述气体绝缘开关设备，其中所述凸轮包括位于其内的空间部分，并且所述第一凸轮表面和第二凸轮表面设置于所述空间部分的内圆周表面上。

6.如权利要求5所述气体绝缘开关设备，进一步包括将所述凸轮容纳于其中的凸轮壳体，并且该凸轮壳体具有引导所述凸轮移动的导向条。

7.如权利要求6所述气体绝缘开关设备，其中在所述凸轮壳体内设置有导轨以引导所述活动触臂的移动。

8.如权利要求7所述气体绝缘开关设备，进一步包括连接到所述活动触臂和所述凸轮的绝缘杆。

9.如权利要求8所述气体绝缘开关设备，其中所述绝缘杆的至少一部分插入所述导轨之间。

10.如权利要求8所述气体绝缘开关设备，其中在所述绝缘杆的端部安装有与所述凸轮表面接触的凸轮滚柱。

11.如权利要求10所述气体绝缘开关设备，其中支撑所述凸轮滚柱的转动轴的两个端部插入所述导轨之间。

12.如权利要求5所述气体绝缘开关设备，其中所述致动器包括在预定的角度范围内往复运动的操作杆，并且进一步包括连接所述操作杆和所述凸轮的连接杆。

13.如权利要求12所述气体绝缘开关设备，其中在所述连接杆的端部形成有长孔，并且所述连接杆和所述操作杆通过所述长孔进行铰接。