CN1041152C

CN1041152C - 全封闭组合电器

Info

Publication number: CN1041152C
Application number: CN95105060A
Authority: CN
Inventors: E·堡格; F·海尔; H·西夫科; P·特齐奥
Original assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 1994-04-19
Filing date: 1995-04-18
Publication date: 1998-12-09
Anticipated expiration: 2015-04-18
Also published as: EP0678954A1; US5589674A; BR9501712A; CA2145455A1; DE59406834D1; EP0678954B1; ZA952119B; CN1120754A

Abstract

一种全封闭组合电器，具有至少一个轴间距离为(S)的母线系统和一台断路器(6)，断路器(6)每极有一个极轴(13)、至少一个装在极外壳中的灭弧室(66)和至少一个与相应母线对应的连接端子。极轴(13)垂直地装在基座(4)上，并位于第一平面内。

本发明提出了能用下述简单的方法制造的占地面积相当小的全封闭组合电器：至少一个母线系统的母线轴(12)与基座平面平行延伸，并位于至少另一个平面内；极轴(13)所在的第一平面与至少另一平面平行布置；母线(5)的连接端子呈对角线布置。

Description

全封闭组合电器

本发明涉及一种金属封闭式气体绝缘的开关设备即全封闭组合电器，以下简称GIS。

众所周知，断路器垂直安装的单相GIS具有一个双母线系统。例如专业杂志《E+M》102卷7/8期第305页图2已公开了这种GIS。断路器的极轴是垂直布置的，并从下方操作断路器。全部极轴位于同一平面内。母线系统的轴线位于与基座面平行的平面内，并与极轴所在的平面垂直。从每个断路器极到对应的母线都有一段昂贵的金属封闭连接件。每相的这些连接件长度都不相同。在各连接件靠母线的一端和每条母线之间装有一台母线隔离开关。各连接件靠母线的一端可用接地开关接地。断路器的出线和进线全都位于一确定的高度内。与断路器连接的全部连接件同样也位于与基座平面平行的相同平面内。因此，断路器的极外壳结构全部相同。

这种GIS由于预定的几何尺寸而需要相当大的占地面积。此外，到母线的连接件增加了开关设备的造价。

本发明的目的是提出一种结构简单且占地面积相当小的金属全封闭组合电器。

实现本发明目的的技术方案是：这种单相金属全封闭组合电器，包括：至少一个母线系统，该母线系统带有轴间距离为S并与基座的表面平行的母线，同时母线轴位于至少第一平面内；一台断路器，每极各有一个极轴、至少一个装在极外壳内的灭弧室和至少一个位于连接轴上与母线系统的母线对应的接头，且极轴与基座垂直布置，并位于至少与第一平面平行布置的第二平面内；一个沿连接轴延伸的导电连接件，此连接件把该极的至少一个接头与至少一个母线系统连接起来，同时母线的接头呈对角线布置；一台布置在至少一条母线和所述极之间的隔离开关，其中，三极断路器的每个极外壳分别由一个带连接端子的外壳下部、至少一个外壳上部和一个外壳盖组成；外壳盖作为相同部件装在每个极外壳上；外壳下部作为相同部件装在每个极外壳的最下部，但不在相同的安装位置上。

两个母线系统分别布置在第二平面和第三平面内，且极轴所在的第一平面位于第二和第三平面之间的中部，这种布置方法特别理想。

一个特别经济的方案是：每个接头都与一个沿这些平面垂直的连接轴线延伸的连接件连接，而且所有这些连接件的长度相同。

在这种GIS中，以极到极每条对应的母线都布置有不同高度的接头，而这些区别只需通过极的结构改变就能实现，而不需要采用单独的和长度不同的连接件。

三极断路器中每一极的外壳分别由一个配有接头的外壳下部、至少一个外壳上部和一个外壳盖组成，同时外壳盖作为相同的一部分装入每极外壳中，而外壳下部则作为相同的部分装入每极外壳中最下部，只是不在相同的安装位置。

本发明的优点在于，不需要象常规GIS在断路器极和母线之间连接不同距离的连接外壳。由于取消了这种连接外壳，而可更紧凑地布置装在GIS内的各种组成部分。

下面结合附图来详细说明本发明以及本发明的改进结构和由此可获得的优点，附图只表示一个可能的实施例，附图是：

图1表示GIS出线间隔的侧视图；

图2表示GIS出线间隔的顶视图；

图3表示图1的A-A剖面；

图4表示图2的B-B剖面；

图5表示图2的C-C剖面；

图6表示图2的D-D剖面。

在各图中，功能相同的元件都用相同的标号，凡是直接理解本发明不需要的元件都没有在图中表示出来。

图1表示单相GIS一个出线间隔1的简化侧视图。图2表示这个出线间隔1的顶视图。这个出线间隔1有一个用金属型材作成的支架2。特别适用的金属型材例如可用工字钢或钢管；钢管一般可用圆形或矩形断面的钢管。在支架2的角上用角钢3把支架2和基座4连接在一起。这种连接可以是柔性连接，也可以将图中没有画出的钢轨装在基座4上而使支架2在其上滑动。在这种GIS中，母线5相互垂直于垂直安装的断路器6的极的一端或两端上。出线端装有电流互感器7，而具有出线隔离开关功能的隔离开关8则装在电流互感器7后面。隔离开关8两侧分别装一个接地开关，而隔离开关8后面则是电压互感器9。电缆连接器10连接引出的高压电缆11和GIS。进线间隔与上述出线间隔1的结构相似。

母线5各具有一母线轴12。两个母线系统中每个母线系统的母线轴12都位于一个相互垂直的平面内。断路器6的极分别具有一个极轴13。断路器三个极的极轴13位于与基座4垂直的平面内。在这个出线间隔1中，母线系统所在的平面和极轴13所在的平面平行。从出线间隔1各自断路器极引出的部分、电流互感器7、隔离开关8和电缆连接器10用法兰连接外壳沿纵轴14延伸。纵轴14与各个极轴13保持垂直。从断路器6引出的出线可沿图1所示方向延伸，也可沿相反的方向延伸。由外壳上部和外壳盖组成的极外壳上部可在安装时适当找正。通常绕极轴13旋转180°，但极外壳的上部也可在180°范围内旋转。由于断路器6每极都有独立的驱动装置，所以每极都可具有不同取向的出线端。

进线间隔与出线间隔1在结构上相似，且进线沿各自的纵轴l4延伸，例如直到与架空线连接的套管。这样，特别有利于极外壳上部转动，从而可在GIS中用很窄的空间比例就能引入具有足够大相间间隔的架空线。

断路器各极与母线的连接沿连接轴15延伸。从图1可以看出；带有双母线系统的出线间隔1，每条连接线只考虑了一个接地开关16。在这种GIS中，把通常在这个范围内需要两个接地开关变成了一个接地开关，而不影响GIS的安全运行。接地开关16在这种带双母线系统的GIS中可选择地装在断路器极的一侧或另一侧上。

如果把开关间隔作成联络间隔，则在断路器极一侧上接地开关的位置足够可以把带盖的极外壳进行气密性密封，而且母线还有足够位置。这样，即使在联络间隔，母线轴12可相对于进线间隔和出线间隔保持不变。

图3表示图1的A-A截面。极轴13与截面平面保持垂直，并通过中心点17。沿级轴13延伸的圆柱形外壳下部18在连接轴线15的中心处有两个在图中没有画出的孔，这两个孔分别与一个圆柱形的盘式绝缘子19、20气密连接。绝缘子19有一个位于中心的电流接线端子21，而绝缘子20则有一个穿过它的中心的电流接线端子22。在电流接线端子22上连接导电连接件23，并用有利于介电的屏蔽结构24罩住。连接件23与一个用导电好的金属作成的接触环25连接。连接件23和接触环25也可作成整体件。接触环25在与连接件23对应的一侧上有一个与它连接的触头装置26。电流接线端子21与触头支架27连接，而触头支架上则装有例如螺旋形触头。触头装置26包住触头支架27与它构成一个可拆卸的插接触头，并用有利于介电的屏蔽结构28罩住。

接触环25的中心与中点17重合。接触环25的圆柱形内表面至少有一个在图中没有表示出的槽，此槽中粘接一个在图中没有表示出的塑料环。塑料环在安装灭弧室时引导导电的排气外壳，排气外壳外部装有弹性接触元件，例如螺旋触头，螺旋触头与接触环25构成电接触，并防止弹性接触元件产生不对称的机械荷载。接触环25的内孔通过与灭弧室连接的排气罩完全密封。结构为角状的隔离开关30的外壳29密封地连接到与触头支架27相反的绝缘子19的一端上。

在图中简化表示的隔离开关30的外壳29用金属作成，通常用铝合金浇铸成气密的外壳29。外壳29除了与绝缘子19密封的孔外还有另外五个在图中没有表示出的用法兰31～35连接的孔。外壳29的纵轴与连接轴15重合。法兰31的孔在安装隔离开关时用金属盖36盖住，此盖的法兰37与法兰31用螺丝气密连接。在盖36上，有另一个与法兰37对应的法兰38。法兰38用来承受隔离开关30操作过程中由与连接轴15重合的操作轴线方向内运动的绝缘杆39所作用的压力。绝缘杆39的动作由一个同样与法兰38连接的隔离开关驱动装置40来控制。隔离开关30的动触头41是一个简化图。动触头41用一个有介电效果的屏蔽罩42罩住，绝缘杆39穿过罩42。

图中没有画出的母线外壳用法兰连接到法兰32上，而有电流接线端子44穿过的绝缘子43则用法兰连接到法兰33上。导体段45用螺丝连接在电流接线端子44上，并用一个有介电效果的屏蔽罩46罩住绝缘子端。导体段45沿垂直于连接轴15的母线轴12延伸，并与隔离开关30的第一个触头支架47电连接。在触头支架47上装滑动触头48，以便电流从隔离开关30的动触头41流到触头支架47上。滑动触头48与连接轴15同心布置，并带有接触指、接触片或螺旋触头。触头支架47与连接轴15同心布置，并构成母线带电部分的一部分。在触头支架47与导体段45对应端上的另一导体段49沿母线轴12通过带法兰32的孔伸出。电流接线端子21与隔离开关30的第二个固定的触头支架50电连接。触头支架50的绝缘子端用一个有介电效果的屏蔽罩51罩住。触头支架50靠近触头支架47的一端有一个与连接轴15同心布置的静触头52，它与隔离开关30的动触头41匹配。触头支架47和50应倒棱以利于介电。电流接线端子44和21在运行时处于高电位，并与GIS的金属外壳绝缘。

触头支架50上嵌入一个梅花静触头53，它与安装轴线54同心布置并在接地开关16闭合时支承接地开关16的导电杆55。安装轴线54与连接轴线15保持垂直。当隔离开关30打开时，触头支架47和静触头52之间有一定的距离56。这个距离56相当于隔离开关30的断开距离，并能耐受运行过程中在这个部位上产生的全部电压。

在隔离开关30接通时，通过隔离开关驱动装置40操动的绝缘杆39使动触头41沿连接轴15运动到静触头52上。由剩余点火和/或由触头支架47和静触头52之间加的工频电压所引起的动触头41和静触头52之间的可能提前点火被隔离30开关完全控制住。提前点火电弧由于触头支架47和静触头52的几何结构，不可能扩展到外壳29的壁。隔离开关驱动装置40设计成在任何运行情况下都能可靠地把动触头41驱动到预定的接通位置。这样，就保证了为此考虑的这里不予详述的额定电流触头的可靠通电。同样隔离开关30断开也是不成问题的。

接地开关16装入带有法兰34的孔中，但亦可装入带有法兰35的孔中。例如可把监视GIS用的探测装置或如图3所示的保险片57用法兰气密连接到法兰35上，在故障情况下，爆炸圆片57可使外壳29减压。两个法兰34和35都在共同的安装轴线54上。

在外壳下部18的另一端上用法兰连接的外壳58及其几乎全部装入的部件都与外壳29相当，只不过与外壳29呈镜象布置，而且没有装入接地开关。用盖61气密密封的带法兰59的孔可装入沿装配轴线60延伸的接地开关。同样亦不装接地开关的静触头。在连接件23远端上用电流接线端子22电连接触头支架62，而布置在右侧的隔离开关的静触头63则支承在触头支架62上。这里不需要装第二个接地开关，因为静触头63和触头支架62由于导电的接触环25总是位于与触头支架50和静触头52相同的电位。这样，这些带电部分共同用唯一的一个接地开关16可靠接地时就足够了。

隔离开关30可装在GIS预定的任意位置上。接地开关16同样可在任意位置上操作，因此安装位置亦不受限制。接地开关16既可作成工作接地开关，亦可作为快速接地开关。与接地开关16串联的隔离开关30结构十分紧凑，并在连接轴15的方向内只占用特别小的位置。这样，开关间隔就可以作成特别小的尺寸。

隔离开关断点的隔离距离用SF₆绝缘是最可靠的。隔离开关在闭合状态下承受额定电流、短路电流和冲击电流的能力都很理想。此外，在小的电容性电流时，隔离开关还具有可靠的断流容量，并控制不中断的母线转换。

隔离开关30具有持续电流和开断过程的单独触头系统。持续电流触头具有简单可靠的结构和最少的零件数。触头运动由一个布置在充有SF₆气体的隔离开关外壳外部的电动隔离开关驱动装置来控制，但隔离开关也可用手驱动。这种结构的优点是，方便了维修工作。隔离开关设有机械连接的位置指示，此外，可设观察玻璃来检查触头位置。

图4表示通过图2断路器6第一极截面B-B的简化图。第一极有一个充SF₆气体的由几个部件气密连接形成的金属极外壳。极外壳具有一个下方用法兰盖64封闭的外壳下部18，三极断路器6的全部三个极的外壳下部18都是相同的，只是安装位置不同。在外壳下部18中，各自装有一个接触组件65，此组件65令另由结合图3所述的有关部件例如带屏蔽罩24的连接件23、接触环25、触头26和带屏蔽罩28的触头支架27组成。接触组件65一方面与绝缘子19的电流接线端子21插接，另一方面又与绝缘子20的电流接线端子22牢固连接。断路器极有一个灭弧室66，它有一个用金属制成的与极轴13同心布置的圆柱形排气外壳67，而此外壳67则插入接触组件65并通过滑动触头例如螺旋触头与组件65电连接。排气外壳67将接触组件65的电位传递到灭弧室66的下部，并同时在断路器极闭合时接通工作电流。

外壳上部68装在外壳下部18上，并带有一个与绝缘子69气密封闭的在图中没有画出的孔。穿过绝缘子69的电流接线端子70一方面与图中没有表示的沿纵轴方向14延伸的出线的带电部分电连接，另一方面又通过刀式触头71与灭弧室66的上部72连接。灭弧室66的上部72和下部通过灭弧室绝缘子73连成一个整体。当断路器极断开时，灭弧室绝缘子73使上部72和下部绝缘。灭弧室66用固定绝缘子74与外壳盖75连接，并通过外壳盖固定在极外壳的中心。外壳盖75与外壳下部68连接并向上密封极外壳。外壳盖75有一块爆炸圆片76，在紧急情况下外壳中产生的过压力可通过此爆炸圆片泄入大气。断路器极的驱动装置77用法兰连接在外壳盖75上。驱动装置77不是装在极轴13上，而是布置在极外壳的旁边，即布置在极外壳与电缆连接器10对边的出线上。断路器极的结构高度并没有因驱动装置77而增加或者只增加很少。驱动装置77通过力的转换作用施力到绝缘操作杆78上，于是绝缘操作杆78使灭弧室66的动触头沿极轴13运动。在安装时挂在外壳盖75上的灭弧室66从上方放入极外壳中，使排气外壳67与接触组件65良好接触，且刀形触头71使出线的带电部分与灭弧室66上部72可靠电连接。

图5表示沿图2剖面线C-C剖开的第二个断路器极的简化图。这个断路器极同样有一个由几个部件相互气密连接而成的并充有SF₆气体的金属极外壳。出线的纵轴14与前述第一极的高度相同。极外壳具有一个下部用法兰盖64密封的外壳下部18，三极断路器6的三极的外壳下部18都是相同的。这里和图4所示的断路器极一样装在相同的安装位置。在外壳下部18中装有相同的接触组件65，接触组件65与排气外壳79保持电连接。外壳下部18与外壳上部80连接。外壳上部80比图4的外壳上部68和排气外壳79比图4的排气外壳67分别缩短了一个相同的尺寸S，S相当于母线5的垂直轴间距离。断路器6两极的其余部件相同。

上述部件缩短尺寸S，使图5的断路器极也缩短了相同的尺寸S，而且此极沿连接轴81延伸的母线接头相对于连接轴15向上移动了一个尺寸S。

图6表示沿图2剖面D-D剖开的断路器6第三级的简化图。此极也有一个由几个部件相互气密连接而成的充有SF₆气体的金属极外壳。此极出线的纵轴14与前述两极高度相同。极外壳具有一个下方用法兰盖64封闭的外壳下部18，三极断路器6全部三个极的外壳下部18结构相同，只是此极的安装位置与前述两极错开了180°。在外壳下部18中装有接触组件65。此极比图4断路器极同样缩短了尺寸S。

外壳下部18绕平行于连接轴82的轴线旋转180°的结果是：此极沿连接轴82延伸的母线接头从连接轴15向上移动了两倍尺寸，并从连接轴81向上移动了同样的尺寸S。连接轴82到纵轴14的距离等于尺寸S。断路器三极的纵轴14位于相同的高度上。

从图1可以看出，图4的极固定在支架2上，而其他缩短了尺寸S的两极则装在与支架2连接的平台上。平台的高度正好抵销上述的尺寸差。平台用型钢焊接而成，成本低廉。除了平台、加长尺寸S的外壳上部68和加长同样尺寸S的排气外壳67外，其他部件都不需改变。这样就避免了常规结构的GIS在断路器极和母线之间布置不同长度和价格昂贵的连接件。

在本发明GIS中，极轴13都布置在一个平面上，并与基座4垂直。母线系统的母线轴12同样布置在一个与基座4垂直的平面内，但各与基座4的表面平行。如果GIS只有一个母线系统，则这个母线系统可选择布置在断路器6极轴13平面的一侧或另一侧上。在特殊使用场合中，亦可只把母线系统的一条母线引到极轴13平面的对应侧上。如果GIS配备双母线系统，则母线系统通常按等距离布置在断路器6极轴13平面的两侧。母线5布置在与断路器6极轴13平行的平面内，可使母线连接占用特别小的面积，母线连接可对角线布置。

如果选用相邻母线轴12之间的相当于尺寸S的距离与相邻极轴13之间的距离相同时，则GIS的布置特别紧凑。这时，连接轴15、81和82之间的连接线与母线轴12的方向呈45°。通过连接线的这种布置增加了GIS的设计灵活性，并可减少GIS所需的部件数。

图4所述的断路器极的极外壳结构长度也可用别的方式进行改变，例如可用缩短的外壳上部80代替加长的外壳上部68，如其他两极那样，这极的外壳下部这时必须向上相应加长，或在缩短的外壳上部80和外壳下部18之间放一个适当尺寸的中间环。

25 接触环

参考符号 26 触头

27 触头支架1 出线间隔 28 屏蔽罩2 支架 29 外壳3 角钢 30 隔离开关4 基座 31～35 法兰5 母线 36 盖6 断路器 37、38法兰7 电流互感器 39 绝缘杆8 隔离开关 40 隔离开关驱动装置9 电压互感器 41 动触头10 电缆连接器 42 屏蔽罩11 高压电缆 43 绝缘子12 母线轴 44 电流接线端子13 极轴 45 导体14 纵轴 46 屏蔽罩15 连接轴 47 触头支架16 接地开关 48 滑动触头17 中心点 49 导体18 外壳下部 50 触头支架19、20 绝缘子 51 屏蔽罩21、22 电流接线端子 52、53 静触头23 连接件 54 安装轴24 屏蔽罩

55 导电杆 69 绝缘子

56 离 70 电流接线端子

57 爆炸圆片 71 刀形触头

58 外壳 72 上部

59 兰 73 灭弧室绝缘子

60 安装轴 74 支承绝缘子

61 盖 75 外壳盖

62 触头支架 76 爆炸圆片

63 静触头 77 驱动装置

64 法兰盖 78 操动杆

65 接触组件 79 排气外壳

66 灭弧室 80 外壳上部

67 排气外壳 81、82连接轴

68 外壳上部 S 母线轴距

Claims

1.一种单相金属全封闭组合电器，包括：至少一个母线系统，该母线系统带有轴间距离为S开与基座(4)的表面平行的母线(12)，同时母线轴位于至少第一平面内；一台断路器(6)，每极各有一个极轴(13)、至少一个装在极外壳内的灭弧室(66)和至少一个位于连接轴(15、81、82)上与母线系统的母线对应的接头，且极轴(13)与基座(4)垂直布置，并位于至少与第一平面平行布置的第二平面内；一个沿连接轴(15、81、82)延伸的导电连接件，此连接件把该极的至少一个接头与至少一个母线系统连接起来，同时母线(5)的接头呈对角线布置；一台布置在至少一条母线(5)和所述极之间的隔离开关(30)，其特征是：

-三极断路器(6)的每个极外壳分别由一个带连接端子的外壳下部(18)、至少一个外壳上部(68、80)和一个外壳盖(75)组成；

-外壳盖(75)作为相同部件装在每个极外壳上；

-外壳下部(18)作为相同部件装在每个极外壳的最下部，但不在相同的安装位置上。

2.根据权利要求1所述的单相金属全封闭组合电器，其特征是：

-两个母线系统分别布置在第一平面和第三平面内；

-极轴(13)所在的第二平面布置在第一和第二平面之间的中部。

3.根据权利要求1或2所述的单相金属全封闭组合电器，其特征是：

-每个连接端子都与一个垂直于这些平面的连接轴(15、81、82)延伸的连接件连接；

-所有这些连接件具有相同的结构长度。

4.根据权利要求1或2所述的单相金属全封闭组合电器，其特征是：

-从极到极有对应于各条母线布置的不同高度的连接端子；

-这种不同只通过改变极的结构就能实现。

5.根据权利要求1所述的单相金属全封闭组合电器，其特征是：

-连接端子是这样装在外壳下部(18)中的，即当外壳下部(18)绕一条平行于连接轴(15、81、82)的轴线旋转180°时，连接端子在极轴的方向内移动一定的轴线距离(S)。

6.根据权利要求5所述的单相金属全封闭组合电器，其特征是：

-第一极比其余两极长一个轴距(S)，并在安装外壳下部(18)时要使连接端子位于下方；

-外壳下部(18)装在第二极上时要使连接端子位于下方；

-外壳下部(18)旋转装在第三极上时要使连接端子位于上方。

7.根据权利要求6所述的单相金属全封闭组合电器，其特征是：

-第一极比其他两极具有加长了一个轴距(S)的外壳上部(68)和灭弧室(66)相应加长的导电部件。

8.根据权利要求7所述的单相金属全封闭组合电器，其特征是：

-在第一极上，安装一个象其他两极所用的短的外壳上部(80)以代替加长的外壳上部(68)；

-此时外壳下部(18)相应加长或在短的外壳上部(80)和外壳下部(18)之间放一个适当尺寸的中间环。

9.根据权利要求1所述的单相金属全封闭组合电器，其特征是：

-第一极直接固定在支架(2)上；

-其余两极固定在与支架(2)连接的公共平台上，此平台比支架(2)高一个轴距(S)。

10.根据权利要求1所述的单相金属全封闭组合电器，其特征是：

-至少一个外壳上部(68、80)可在旋转180°的范围内安装。