CN106256060B - 模块化开关装置绝缘系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绝缘开关装置模块。在一个示例中，所述模块包括真空断续器、电流交换组件以及设置在绝缘壳体内的端部导体。所述绝缘壳体还包括底槽，所述底槽包括用于对电流交换组件进行致动的致动器机构。壳体内的绝缘托盘将真空断续器与底槽内的部件隔开。绝缘托盘具有与所述真空断续器的形状和所述壳体的形状相对应的形状。

Description

模块化开关装置绝缘系统

相关申请的交叉引用

本申请基于35U.S.C.§119(e)要求名称为“模块化开关装置绝缘系统”且于2014年2月20日提交的美国临时专利申请第61/942,293号的优先权。前述申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明大体涉及开关装置，并且更具体而言涉及模块化且绝缘的开关装置。

背景技术

公共事业公司通常利用由输电线、电缆、变压器以及开关装置组成的网络向消费者配送电力。配电开关装置为中压(例如lkV-38kV)设备，其用于根据既定的标准断开和闭合来控制电力和电流在配电网络中的流动，例如，当系统内发生破坏性的大电流故障时跳闸断开。配电开关装置通常包括电流断续器(例如真空断续器)、断开与闭合电流断续器的机构、检测配电网络的状态的感测系统以及包围部分或全部所述部件的绝缘装置。所述感测系统可包括电流传感器、电压传感器或其它不同类型的传感器。

在专利US 8,450,630中描述了各种示例性的真空断续器，真空断续器有时也被称为真空瓶或真空管。图1中示出了一种例示的所述真空故障断续器100。触头102可相对于静触头101移动。触头102和静触头101设置在由通常为陶瓷的绝缘体115、端帽111和112以及柔性波纹管118构成的密封罩壳内，所述柔性波纹管118使得动触头102能够在与绝缘体115相同的轴线上运动而不损失密封性。把空气从该罩壳中抽出，以形成耐高压且具有理想的电流中断能力的深度真空部117。

电流经由固定的端部连接装置107进入真空断续器。端部连接装置107可由一个或多个零件制成。在真空断续器内部，电流经由固定线圈部段105引导，所述线圈部段105具有切入其中的开槽，以促使电流在流入静触头101之前遵循大致圆周的路径。同样地，在从动触头102流出之后，电流在借助移动端部连杆108流出真空断续器之前通过切入活动线圈部段106中的开槽而再次被迫遵循大致圆周的路径。所述端部连杆108可由不只一个零件构造而成。电流也可以相反方向流动。在线圈部段105、106与触头101、102之间也可存在一个或多个接触衬垫103、104。所述接触衬垫103、104和切入所述线圈部段105、106中的开槽均可用于产生平行于触头101、102和绝缘体115的主轴线的磁场。轴向磁场可用于控制当触头分离时出现的电弧现象。也可使用其它的电弧控制方法。端部连杆107、108和线圈部段105、106通常由铜制成。可增设加固杆109、110来加固与增强所述结构，所述加固杆可由任何合适的结构材料例如不锈钢制成。在两端可添加一个或多个螺纹部件，例如螺纹插件119，以促进与配电网络的电连接或者为了启动断续器所必需的机械连接，所述一个或多个螺纹部件可由任何合适的结构材料例如不锈钢制成。端帽111和112也可被成形为避免绝缘体115的两端可能存在的任何三接头遭受高电应力。作为替代选择，也可提供单独的端罩。可提供中心护罩116，以削弱电应力并且使绝缘体115免受在触头断开时可能出现的电弧现象。中心护罩116可通过钎焊至落座于绝缘体115的槽121中的定位环120来安装。

图2中示出了一种示例性的绝缘系统(现有技术)。绝缘系统200采用改进的真空断续器100'。与真空断续器100相比，改进的真空断续器100'具有中空的活动杆208以容纳关于US 6，867，385中的图12所描述的触头压力弹簧231。触头压力弹簧提供断开能量给操作机构，同时还提供触头闭合力并且使得真空断续器触头腐蚀。触头压力弹簧231通过销247与弹簧联接器248固定就位。真空断续器100'还被改进为添加用于保持百叶窗接触带滑式电流交换器的活塞232。该带沿着电流交换器壳体233的内径滑动。也可使用其它电流交换器，例如US 5,597,992中所示的软线。真空断续器100'的触头示出为类似以全间隙断开。

真空断续器100'被封装在固体电介质234例如环氧树脂中。缓冲层235可用于减小真空断续器100'的绝缘体115与固体电介质234之间的热膨胀系数差异。缓冲层235可以为可扩展柔性材料，如US 5,917,167中所描述的例如硅酮橡胶。端部导体236和端部导体237分别穿入真空断续器的固定端107和电流交换器壳体233的外径中，以将电流导入真空断续器100'和从真空断续器100'导出。

电流互感器238可环绕端部导体237，并且可借助如US 6,760,206中所描述的管239安装至基座240。电流互感器238被用于检测流过端部导体237和真空断续器100'的电流量。来自端部导体237的输出线可穿过管239。

操作杆241可连接至触头压力弹簧231并且用以通过使触头102相对于静触头101和基座240移动来断开与闭合真空断续器100'。虽然触头压力弹簧231被示出为嵌套在移动杆208的内部，然而其也可被嵌入在操作杆241中或机械系统的其它地方。操作杆241还可包括如US7，473，863中所描述的作为电压传感器的一部分的一个或多个电阻器242。

固体电介质234包括允许操作杆241利用操作机构(未示出)相对于基座240运动的操作空腔243。空腔243通常被空气填充，但也可用其它绝缘流体例如矿物油或六氟化硫(SF6)填充。绝缘橡胶塞244可通过如US 6,828,521中所述的那样包围电流交换器壳体233的开口端来增大空腔243的绝缘强度并减少放电。分段式护罩245可完全或部分地包围空腔243，并且由于接地的电流变换器238和操作杆241的高电压端极为接近而能减小空腔243中的电应力，如US 7,148,441中所描述的。如US 5,747,765中所描述的，滴流棱246可防止工作空腔243产生凝结。

同样地，一个或多个水平滴流棱251或竖向滴流棱252可使绝缘系统200免受环境影响，例如凝结、污染、电弧放电或漏电。一个或多个水平滴流棱251或竖向滴流棱252也可用于散热。

虽然绝缘系统200提供了使真空断续器和各种传感器绝缘的可靠方法，但是所述系统存有众多缺点。

绝缘系统200一般通过围绕各种部件封装环氧树脂然后使环氧树脂硫化与凝固而制成。电压等级基于模具的尺寸预先确定：较小的模具被用于较低的电压等级，并且通常向模具添加衬垫来增大模具的尺寸以用于更高的电压等级。此外，真空断续器类型、导体尺寸以及电流互感器类型的选择也必须在封装之前进行。因此，一旦样品被模塑，则无法改变电压或电流的额定值或任何其它选项。因此，绝缘系统200无法适应每次生产需求。

同样地，如果任何部件发生损坏，例如水平滴流棱251碎裂，则即使其余部件仍然状态良好，也必须废弃整个绝缘系统200。绝缘系统200无法灵活适应每次服务要求。

此外，虽然绝缘系统200允许借助操作杆241和电阻器242在两个端部导体中的一个处检测电压，但是不允许在相对端进行检测。从端部导体236经过的电阻式或电容式传感器经过真空断续器100'和电流交换器壳体233的附近。这将在两个不同电压彼此通过的绝缘系统200中产生高电应力。此外，由于两个电压之间可能存在的电容耦合，将发生大量的电串扰，从而导致两个电压输出信号的准确度降低。

需要提供一种允许电压和电流额定值以及其它选项在绝缘系统被制成之后得以确定的绝缘系统。希望具备一种允许更换受损部件而不用废弃并替换整个系统的绝缘系统。还希望找到一种允许感测多个电压和电流信号而不会出现高电应力或串扰的绝缘系统。

发明内容

一方面，本发明大体上涉及一种模块化开关装置绝缘系统，所述系统包括：至少两个空气端头从其伸出的绝缘壳体、位于所述绝缘壳体内的电流断续器以及包括与所述电流断续器联接的致动器的底槽。所述系统还可包括靠近一个所述空气端头设置的电流传感器。每个所述空气端头配置成接纳可与电流断续器联接的导体。

另一方面，本发明涉及一种制造模块化开关装置绝缘系统的方法，所述方法包括以下步骤：形成绝缘壳体，将至少两个空气端头附接至绝缘壳体，将电流断续器和绝缘托盘插入至所述绝缘壳体中，借助连杆机构将致动器附接至所述电流断续器，将端部导体附接至电流断续器的每个端部，以及用底槽封闭绝所述绝缘壳体。

另一方面，本发明涉及一种开关装置绝缘系统，所述系统包括：电流断续器，所述电流断续器具有动触头、静触头、护罩、包围所述护罩的圆柱形绝缘体以及包围所述圆柱形绝缘体的二次绝缘层，所述二次绝缘层具有沿其长度的非均一厚度。

另一方面，本发明涉及一种绝缘开关装置模块，所述模块包括：外壳，所述外壳包括具有二次包围绝缘体的电流断续器，所述二次包围绝缘体具有沿其长度的非均一形状。所述外壳还包括绝缘托盘，该绝缘托盘具有与电流断续器的二次绝缘体的非均一形状相对应的非均一形状。所述电流断续器与致动器联接。所述绝缘托盘位于所述电流断续器与致动器之间。

另一方面，本发明涉及一种绝缘开关装置模块，所述模块包括外壳和绝缘托盘，所述绝缘托盘界定有空腔。电流断续器设置在所述绝缘托盘的空腔内。在所述绝缘托盘的与所述空腔相反的一侧上设置有致动器，所述致动器用于断开与闭合所述电流断续器。

这些及其它实施例将在下文中结合附图中所提供的非限制性示例来进行描述。

附图说明

附图仅举例说明了示例性实施例，由于所述示例性实施例可容许其它同样有效的实施例，因此附图不应当被认为是限制范围的。附图中所示的元件和特征未必按照比例绘制，重点在于清楚地示出示例性实施例的原则。此外，可放大某些尺寸或位置以帮助形象地表述这些原理。在附图中，附图标记指代相似或相当但未必完全相同的元件。

图1示出了现有技术中所已知的示例性真空故障断续器。

图2示出了用于现有技术中所已知的真空故障断续器的示例性绝缘系统。

图3示出了根据本发明的示例性实施例的绝缘壳体的截面。

图4示出了根据本发明的示例性实施例的绝缘托盘。

图5示出了根据本发明的示例性实施例的绝缘开关装置模块的截面。

图6示出了根据本发明的示例性实施例的绝缘开关装置模块的截面。

图7示出了根据本发明的示例性实施例的绝缘开关装置模块的截面。

图8示出了根据本发明的示例性实施例的绝缘开关装置模块的截面。

图9示出了根据本发明的示例性实施例的断续器的放大图。

图10示出了根据本发明的示例性实施例的断续器的放大图。

图11示出了根据本发明的示例性实施例的断续器的放大图。

图12示出了根据本发明的示例性实施例的断续器的放大图。

图13示出了根据本发明的示例性实施例的断续器的放大图。

图14示出了根据本发明的示例性实施例的断续器的放大图。

图15示出了根据本发明的示例性实施例的断续器的放大图。

图16示出了根据本发明的示例性实施例的断续器的放大图。

图17示出了根据本发明的示例性实施例的断续器的放大图。

图18示出了根据本发明的示例性实施例的断续器的放大图。

图19示出了根据本发明的示例性实施例的绝缘开关装置模块的侧截面。

图20示出了图19的绝缘开关装置模块的底部截面。

图21A、21B及21C示出了根据本发明的示例性实施例的绝缘托盘的左侧透视图、右侧透视图和前视图。

图22示出了根据本发明的示例性实施例的电压传感器的放大图。

图23示出了根据本发明的示例性实施例的壳体的侧视图。

图24示出了根据本发明的示例性实施例的壳体的底视图。

图25示出了根据本发明的示例性实施例的底槽。

图26示出了根据本发明的示例性实施例的中间板。

图27示出了根据本发明的示例性实施例的指示器窗口的底视图。

图28示出了根据本发明的示例性实施例的指示器窗口的侧视图。

具体实施方式

本文所公开的示例性实施例涉及用于开关装置绝缘系统的系统和方法。虽然在本文中参考附图来描述示例性实施例，然而这些示例性实施例不是限制性的，本领域技术人员应当理解，各种修改落入本发明的范围之内。

图3示出了绝缘壳体300的截面。绝缘壳体300(也称为护罩)可用任何合适的绝缘材料例如热固性材料、热塑性塑料、弹性体、复合材料、陶瓷或玻璃制成。绝缘壳体300可由复合材料或聚合物掺合物或合金例如纤维复合材料、层压复合材料、颗粒复合材料或上述材料的某些或全部的任何组合制成。绝缘壳体300可由预先填充的双组份脂环族环氧树脂制成。绝缘壳体300包括用于将电流导入至绝缘壳体300或者从绝缘壳体300导出的两个端部导体336、337。端部导体336、337可以要么在制造期间被嵌入至绝缘壳体300，要么在事后被插入至绝缘壳体300。端部导体336、337可由一个或多个零件制成。端部导体336和337不必完全相同。绝缘壳体300的靠近导体336、337的轮廓可基本类似于IEEE 386中所描述的任何套管轮廓。也可使用其它接口轮廓。在绝缘结构300中可包括内护罩345，并且该内护罩345与端部导体336或337保持于相同的电位。在绝缘结构300中还可包括内护罩350，但该内护罩350保持在接地电位。护罩345和350可由导电材料或半导电材料制成，并且可由实心的或网状的材料制成。作为选择，也可使用导电的或半导电的表面涂层。如下文所述，护罩345和350可用于减小绝缘壳体300或周围区域中的电压应力。管339可设置于端部导体336、337中的每一个附近，并且可布置在绝缘结构300中的其它地方。可使用一个或多个内凝结滴流棱346。同样地，出于各种原因，例如漏电或电击、机械加固、散热或美观性，可包括一个或多个水平滴流棱351或竖向滴流棱352。如下文所述，也可包括各种安装结构(未示出)，例如凸耳、槽、紧固件、滴流棱、以及突出部件。

图4示出了设计为与绝缘壳体300接合的绝缘托盘400。参考图5说明，绝缘托盘400可包括凹部455和开口456。绝缘托盘400可由任何合适的绝缘材料例如热固性材料、热塑性塑料、弹性体、复合材料、陶瓷或玻璃制成。绝缘托盘400可由复合材料或聚合物掺合物或合金例如纤维复合材料、层压复合材料、颗粒复合材料或上述材料的某些或全部的任何组合制成。绝缘托盘400可由预先填充的双组份脂环族环氧树脂制成。

图5示出了使用绝缘壳体300和绝缘托盘400的绝缘开关装置模块500的截面。绝缘开关装置模块500可使用在单相或者多相例如三相的开关装置中。改进的电流断续器100"装配至端部导体336。虽然示出了一种类型的示例性真空故障断续器，然而应当理解，也可使用不同类型的电流断续器，例如：轴向磁场真空故障断续器、横向磁场真空故障断续器、径向磁场真空故障断续器、负荷中断真空开关或者真空电容器开关。同样地，也可使用其它中断介质装置，例如六氟化硫故障断续器。无论类型如何，电流断续器的选择可在绝缘壳体被制造之后进行。改进的断续器100"可包括用弹簧联接器548和销547固定就位的触头压力弹簧531。作为选择，触头压力弹簧也可被置于机械系统中的其它地方。断续器100"借助滑动电流交换器活塞532和电流交换器壳体533连接至端部导体337。电流交换器活塞532和电流交换器壳体533还提供了支承以保持断续器100"的触头适当对齐。作为选择，也可使用现有技术中已知的其它电流交换器，例如：其它滑动或滚动的电流交换器、柔性编带和条带。同样地，可使用其它类型的支承或接头表面以支承与对齐触头。

绝缘托盘400装配在断续器100"的下方，其中断续器100"部分地置于凹部455中。绝缘托盘400连同绝缘壳体300一起大致包围断续器100"并且使该断续器100"的电压端与下方的电压端隔离而不必与其直接接触。绝缘托盘400可布置在绝缘壳体300的内表面上的凸耳中，并且还可借助端部导体336、337或其它附接或对准装置例如槽或开槽来进行布置。电压传感器541a、541b可用于直接或间接地将绝缘托盘400固定就位。如下文所述，绝缘托盘400还可包括用于系统500中的其它部件的各种安装结构，并且可用于对准或增强以及加固系统500中的部件，包括绝缘壳体300和断续器100"。

电压传感器541a、541b可与端部导体336、337电连接。电压传感器541a、541b可彼此隔开，并且使相互的串扰最小。电压传感器541a、541b可布置为使它们的轴线大致垂直于断续器100"的轴线，从而降低沿平行于断续器100"的轴线的平面的表面的应力。也可采用其它的电压传感器541a、541b角度。此外，电压传感器541a、541b不需要与断续器100"在同一个平面上。虽然示出了两个传感器，然而每个传感器也可以单独使用。还可想到可使用一个或多个额外的电压传感器的应用，例如用于测量断续器的中心护罩电位。此外，虽然基本与操作杆241一样地示出，然而可以想到，电压传感器541a、541b也可以是不同的，例如为橡胶封装电阻器。电压传感器541a、541b可以选择地包括电容器、电感器、光学器件、换能器、有源开关部件或它们的任何组合。电压传感器541a、541b的输出引线可以与电阻器、电容器、电感器或者用于测量电压的其它部件(未示出)连接。

绝缘系统500还可以包括在导体336或导体337周围的一个或多个电流传感器538。电流传感器538可以基于客户需求例如输出信号强度、饱和电流和磁化电流水平来选择，并且因此可以是任何种类的电流传感器，例如：实心或槽心的电流互感器、罗氏线圈、霍尔效应传感器或磁通量闸门装置。来自电流传感器538的输出引线可以穿过管339，并且与用于测量电流的其它电部件(未示出)连接。一个或多个电流传感器538和管339可以电接地，在这种情况下，护罩345、350可用于减小绝缘系统500内部的电压和应力。

绝缘系统500还可以包括有时也称为空气套管560的空气端头。空气端头560可以基于电需求来选择，并且允许在绝缘壳体300已被制造之后基于这些需求来定制。例如，图5示出了具有适合于15.5kV等级开关装置的空气端头的绝缘系统500，同时图6示出了相同但具有适合于38kV等级开关装置的空气端头660的绝缘系统500的截面。空气端头560和660可以设计有包围并保护电流传感器538的空腔561、661。作为选择，在其它示例性实施例中，可将一个或多个电流传感器538模注至绝缘壳体300或空气端头560、660中。包括空气端头560、660的导体和绝缘装置可以由一个或多个零件制成。

返回至图5，底槽562可以装配至绝缘壳体300的底部。底槽562可以由有机材料例如弹性体、热塑性塑料或包括各种聚合物、混合物和合金的热固性聚合材料制成。底槽562可以由任何无机非金属材料例如陶瓷和玻璃或者金属材料和合金例如钢或铝制成。底槽562可以由这些材料的任何组合制成。底槽562保护绝缘壳体300的内部和其它内部部件。底槽562还可以用来固定内部部件，例如电压传感器541a、541b和致动器563。

致动器563借助一个或多个连杆机构564连接以断开与闭合断续器100"。致动器563可以是双稳态磁性致动器、螺线管、电机、储能弹簧、手动把手或提供力和运动以断开与闭合断续器100"的任何其它装置。虽然致动器563示出为在水平方向上致动，但是也可以想到其它定向，例如竖向、倾斜或扭转。一个或多个连杆机构564可以穿过绝缘托盘400中的开口456。虽然示出了一种类型的连杆机构564，然而也可以使用其它的连杆机构，例如，连杆机构564可以是包括双臂曲柄或摆杆的一个或多个连杆机构或杠杆。一个或多个连杆机构564可存在某些活动相关部件，例如加大尺寸的孔、槽或叉状件，使得在一个或多个连杆机构564旋转运动的时候，致动器563和弹簧联接器548可轴向运动。一个或多个连杆机构564可以具有用以大致覆盖绝缘托盘400中的开口456的一个或多个延伸部分565，以防止从绝缘托盘400上方的高压构件向绝缘托盘400下方的接地构件放电。作为选择，可以利用单独的绝缘材料零件来大致覆盖绝缘托盘400中的开口456，同时允许一个或多个连杆机构564运动，所述零件可以被置于开口456的上方或下方并且可以沿着绝缘托盘400的表面滑动。与绝缘壳体300、绝缘托盘400和底槽562一样，连杆机构564可以由任何合适的材料、多种材料或多种材料的组合制成。出于电气、环境、机械或热学方面的原因，除了延伸部分565之外，一个或多个连杆机构564的设计中还可包括附加肋、裙部或滴流棱。致动器563和一个或多个连杆机构564可以直接或间接地安装至底槽562、绝缘壳体300或绝缘托盘400中的任一个。致动器563还可包括绝缘罩566，以防止向致动器563上的导电表面放电。致动器563还可起到电位屏蔽的作用，用以降低电压传感器541a和541b之间的串扰。一种包括断续器100"、绝缘托盘400、电压传感器541a、541b、底槽562、致动器563中的一个或多个以及一个或多个连杆机构564的组件可以卡合就位至绝缘壳体300中。此外，本文所描述的示例性实施例的优点在于：如果需要修改系统设计或维修系统，则可拆除和/或替换前述组件部件中的任何一个或多个以及空气端头560和电流传感器538。

绝缘系统500中的绝缘壳体300的内部区域543可以与大气相通。作为选择，绝缘壳体300和底槽562可以形成密封罩壳，并且内部区域543可用任何绝缘流体例如空气、氮气、六氟化硫(SF6)或矿物油填充。区域543内的流体可以保持在任何压力，包括大气压力、大气压力之上或大气压力之下。作为选择，内部区域543的某些部分也可以用其它合适材料填充，例如断续器100"周围的区域可以用随后被硫化以形成弹性体或热固性材料的流体化合物来填充。

图7示出了采用替代的绝缘壳体300'的模块化绝缘系统700的截面。替代的绝缘壳体300'具有倾斜的导体736、737，使得距离'A'随着与更高电压级别的端头660相关联的更大空气端头尺寸而增大，从而提高用于更高电压的适当空气绝缘水平。这允许绝缘壳体300'被制造成比原本为更高电压模块所需的尺寸更小。

图8示出了采用替代的绝缘壳体300"的模块化绝缘系统800的截面。替代的绝缘壳体300"具有使导体之间的电隔离最大化的水平导体836、837。绝缘系统800具有较低的轮廓，相比绝缘系统500、600和700缩短了所需的竖向间隙。

虽然图5至图8示出的空气端头都是竖向的、都是水平的或者都是倾斜的系统，然而也可想到其它定向，例如，其中一个可以是竖向的而另一个是水平的，其中一个可以是竖向的而另一个是倾斜的，或者其中一个可以是倾斜的而另一个是水平的。空气端头可采用任何角度。也可采用除所示那些以外的其它尺寸的空气端头，例如适用于27kV等级开关装置的空气端头。同样地，虽然空气端头被示出为连接至端部导体336、337，然而也可想到，接地表层可分离的绝缘断开装置、弯头、电缆或符合IEEE 386或其它适用标准的其它连接装置以及非标准化的连接装置也可连接至导体336、337。

图9示出了绝缘系统500的断续器100"附近的放大图。虽然图9至图18是针对绝缘系统500来讨论的，然而可以理解的是，这种讨论同样也适用于其它绝缘系统，例如600、700、800或如上所述的任何其它变型。距离'B'表示两个不同的外露电压端(图9中示出为活动端帽111和固定端帽112)之间的最小距离。取决于壳体300内部的流体填充空间543，距离'B'可能不足以抵抗绝缘系统500可能受到电压而不发生放电。

图10示出了已被施用至现有技术中(，Paul G Slade著，真空断续器：原理、设计及应用，纽约CRC出版社出版，2008版，第28页)的已知断续器100"的外部的绝缘层1070。绝缘层1070围绕绝缘体115的整个外周以及端帽111、112的一部分。绝缘层1070可以是任何合适的绝缘材料，例如聚氨酯、硅橡胶(SiR)、三元乙丙橡胶(EPDM)或环氧树脂。绝缘层1070可以通过铸造、模塑或其它方式现场形成，或者在形成之后再被施用，并且可在被施用时被拉伸、展开或膨胀。可使用粘合剂或黏结剂。绝缘层1070在断续器100"的两端覆盖高应力的外露电压端，以防止发生放电。

图11示出了替代的绝缘层1170，该绝缘层1170具有波状表面以增大沿绝缘层1170的表面长度，减弱沿绝缘层1170的外表面发生漏电痕迹和凝结。或者，绝缘体115可具有波状的外表面。

可以不需要覆盖断续器100"的整个绝缘体115。图12示出了替代的绝缘层1271、1272，所述绝缘层1271、1272仅分别覆盖断续器100"中靠近金属端帽111、112的那部分表面，从而防止从金属端帽的高应力金属表面放电。与绝缘层1070一样，绝缘层1271、1272可由任何合适的绝缘材料制成。同样地，绝缘层1271、1272可通过铸造或模塑或以其它方式就地形成，或者在形成之后被施加。如果在形成之后被施加，则绝缘层可在被施加时被拉伸、展开或膨胀。可使用粘合剂或黏结剂。

虽然断续器的设计100和100"使用了借助绝缘体115的槽121中的环120(图1)来安装的中心护罩116，但并不需要总是这样。图13示出了替代的断续器100"，该断续器100"利用两个绝缘体1315a、1315b，每个绝缘体大约为绝缘体115的一半长度。绝缘体1315a和1315b借助可用于安装中心护罩116的环1320保持在一起。环1320可暴露于断续器100'"的外部。在这种情况下，可令人满意的是借助绝缘层1373覆盖断续器100'"的在环1320附近的外表面。绝缘层1373可减少环1320附近的放电。与绝缘层1070、1271及1272一样，绝缘层1373可由任何合适的绝缘材料制成。同样地，绝缘层1373可通过铸造或模塑或以其它方式就地形成，或者在形成之后被施加，并且在被施加时可被拉伸、展开或膨胀。可使用粘合剂或黏结剂。即使使用的是绝缘体115而非绝缘体1315a、1315b并且没有外露的环1320，并且中心护罩116如图1中所示那样安装，使用绝缘层1373也可以是令人满意的。同样地，可利用绝缘层1070或1170来保护外露的中心环1320。

可令人满意的是，如图14中所示，通过沿断续器100"的外表面放置一个或多个隔离层1474来完全隔离断续器100"两端的电压。隔离层1474防止从断续器100"的一端到另一端的放电。隔离层1474还用来使端部导体336与端部导体337(图14中未示出)或者任何其它外露的电压隔离开。隔离层可由任何合适的绝缘材料制成。其可通过铸造或模塑或以其它方式就地形成，或者在形成之后被施加，并且在被施加时可被拉伸、展开、压缩或膨胀。可在内径或外径上使用粘合剂或黏结剂。隔离层1474可被置于沿断续器100"的外表面的任何地方，例如：绝缘体115的中间附近或绝缘体115的布置绝缘层1271、1272两者之一的端部附近。

隔离层1474可由一种或多种材料制成。隔离层1474的部分或全部可为壳体300、托盘400或绝缘体115的一部分。例如，图15示出了分别包括突出部1574a、1574b的壳体300"'和托盘400'，所述突出部1574a、1574b被压入至绝缘层1070中并且使绝缘层1070变形，以形成紧密的电介质密封。此外，突出部1574a和1574b可在壳体300"'与托盘400'相接的位置处互锁(未示出)，从而也提供电介质密封并且减少从断续器100"的一端向另一端的放电，或者减少系统500中的两个不同电压端之间的放电。

图16示出了减少放电的另一种方法。一个或多个绝缘端环1671、1672可包围断续器100"的端部。一个或多个绝缘环1675可环绕在断续器100"的外部的其它地方。绝缘环1671、1672、1675可通过铸造或模塑或以其它方式就地形成，或者在形成之后被施加，并且在被施加时可被拉伸、展开或膨胀。可使用粘合剂或黏结剂。绝缘环1671、1672、1675中的一个或多个可以是绝缘体115的一部分。在改进的壳体300""的内表面可形成一个或多个绝缘突出部1676。同样地，在改进的托盘400"的内表面可形成一个或多个绝缘突出部1677。一个或多个绝缘突出部1676可以是改进的壳体300""的一部分，或者可以是附接至壳体300的单独制造的零件。一个或多个绝缘突出部1677可以是改进的托盘400"的一部分，或者可以是附接至托盘400的单独制造的零件。如果独立于壳体300和托盘400地制造，则突出部1676、1677可通过铸造或模塑或以其它方式就地形成，或者在形成之后被施加，并且可在被施加时可被拉伸、展开、压缩或膨胀。可使用粘合剂或黏结剂。突出部1676、1677可互锁以形成一个或多个围绕断续器100"的单独环。如果独立于壳体300和托盘400地制造，则突出部1676、1677中的每个可以是组成一个整环的单独的半环。环1671、1672、1675以及突出部1676、1677可以互连并由一个或多个部件制成，例如，多个突出部1675可形成波状的绝缘套管1170。利用一个或多个突出部1676、1677连同绝缘环1671、1672、1675中的一个或多个一起形成延伸路径'C'(如图17中所示)，放电必须沿着该延伸路径'C'才能从一个电压端经由流体填充空间543跨过断续器100"到达另一个电压端。延伸路径'C'大于图9的距离'B'，并减少了绝缘系统500中的放电。

此外，可能需要覆盖其它高电压部件。图18示出了可用于覆盖导体336或337的外露的电压端的绝缘层1878和可用于覆盖电流交换组件多个部分的绝缘层1879。通过覆盖或其它的方式隔离外露的电压端，绝缘层1878、1879减少绝缘系统500中的放电。绝缘层1878、1879可以是任何合适的绝缘材料，例如聚氨酯、硅橡胶(SiR)、三元乙丙橡胶(EPDM)或环氧树脂。绝缘层1878、1879通过铸造或模塑或以其它方式就地形成，或者在形成之后被施加，并且在被施加时可被拉伸、展开、压缩或膨胀。可使用粘合剂或黏结剂。绝缘层1878、1879可由不止一种材料组成。绝缘层1878、1879可由一个或多个零件组成，并且这些零件中的一个或多个可形成为壳体300或托盘400的一部分。

参考图19，示出了根据本发明示例性实施例的绝缘开关装置模块1900的侧截面图。绝缘开关装置模块1900包含与图3至图18中所描述的开关装置模块相同的某些特性和特征，但是也包含某些特有的特性和特征。出于简洁的目的，将不再详细描述图19中与先前在图3至图18中所描述的特征相同或类似的那些特征。

绝缘开关装置模块1900包括真空断续器1901。真空断续器1901与端部导体1936和1937连接,所述端部导体1936和1937中的每个嵌入至与先前描述的那些类似的空气端头中。真空断续器1901也可在断续器的活动端经由支承架1906支承，所述支承架1906环绕真空断续器1901并且紧固至壳体1904的顶部。支承架1906帮助减轻真空断续器1901的与端部导体1936连接的固定端的悬臂梁应力(cantilever stress)。示例性的真空断续器1901还包括具有层压接片1903的电流交换组件1902。层压接片1903可与作为电流交换组件1902的一部分的末端垫片连接。由于希望使开关装置模块的尺寸最小，因此可通过将末端垫片设置在凹部(也称为埋头孔)内来缩小电流交换组件1902的尺寸。如前文所述，也可与真空断续器一起实施其它类型的电流交换器。

示例性的绝缘开关装置模块1900包括底槽1920，所述底槽1920容纳包括指示器1962和致动器机构1963的各种部件。如图25中更详细地示出的，底槽1920包括共同限定出底槽内部的空腔的底槽基底1921和底槽壁1922。所述底槽还包括电缆连接器开口1924和窗口1923。如图27和28中所示，观察窗1926可紧固至底槽1920的内表面的底部。观察窗1926包括弧形观察部分1927，经由该弧形观察部分1927可从绝缘开关装置模块1900的外部观察位于底槽内部的指示器。例如，指示器1962可与致动器机构1963联接并且可指示真空断续器是断开还是闭合。观察窗1926还包括切口1928以与电缆连接器开口1924相匹配。

再次参考如图19中所示的底槽的视图，在底槽1920的外侧延伸有手柄1982，该手柄1982可用于手动地断开真空断续器1901。同样位于底槽1920的外侧还有在抵靠于表面的时支承绝缘开关装置的支承部件1980。电缆连接器1981穿过电缆连接器开口1924而安装在底槽1920的底部表面上，并且用于连接控制电缆与致动器以及位于底槽1920内部的其它部件。电缆连接器1981具有用于从不同方向连接控制电缆的多个孔眼。

在底槽基底1921的内表面与致动器机构1963之间，在底槽1920内还设置有中间板1930。图26中更详细地示出了中间板1930。如图26中所见，中间板1930包括致动器开口1934，该致动器开口允许致动器机构1963连接至可经由电缆连接器1981进入模块的控制电缆。中间板1930还包括开口1933，观察窗1926的弧形观察部分1927延伸穿过所述开口。切口1935允许手柄1982连接至致动器机构1963。中间板1930用于在将底槽1920紧固至模块的底部之前组装模块化绝缘开关装置1900的部件。最后，中间板1930可包括数个更小的孔眼，如图26中所示，所述孔眼可用于附接模块的支承装置或其它部件。

再次参考图19，绝缘开关装置模块1900中可包括一个或多个电压传感器，例如第一电压传感器1952和第二电压传感器1953。第一电压传感器1952和第二电压传感器1953示出为附接至下文结合图21A至图22进一步描述的绝缘托盘1940。在某个示例性实施例中，电压传感器1952和1953与中间板1930或与设置在绝缘托盘1940与底槽之间的另一个绝缘托盘(未示出)接合。如下文进一步描述的，绝缘托盘1940具有与真空断续器1901的外表面形状和壳体1904的内表面形状两者相对应的形状。真空断续器1901的外部包括绝缘环1970。与上文结合图16和17所描述的类似，使绝缘托盘1940形成为与真空断续器1901的外表面上的绝缘环1970和壳体1904的内表面两者均相对应的形状降低了放电的可能性，并且从而提高了绝缘托盘1940的绝缘特性。

参考图20，示出了示例性的绝缘开关装置模块1900的底部截面图。图20示出了从每个连杆机构的底部观看的沿着具有连杆机构1964和1965的致动器机构1963截取的截面。图20示出了所述壳体1904的内表面的形状可配置为与绝缘托盘1940和设置在真空断续器1901的外侧上的绝缘环1970的形状相对应。特别地，壳体1904包括与绝缘托盘1940和绝缘环1970的突出部相对应的突出部1910和1911。图23示出了壳体1904的外侧视图，图24示出了在没有部件设置于壳体内部的情况下的壳体1904的截面。图23和图24进一步示出了突出部1910和1911以及壳体1904的形状与绝缘托盘1940和绝缘环1970的形状相对应的情况。应当理解的是，在例如上文中结合图10至18所描述的替代实施例中，真空断续器和布置于真空断续器周围的任何绝缘体的形状可以采取多种构造。在这些替代实施例中，绝缘托盘1940和壳体1904的形状可被改进为具有额外的突出部或轮廓，使得它们与真空断续器和真空断续器的外侧上的任何绝缘体的形状相对应。

图21A、21B及21C图示了示例性的绝缘托盘1940的不同视图。示例性的绝缘托盘1940包括基底1941、倾斜部1942以及侧部1943和1944。倾斜部1942被设计成具有向下的坡度，使得可能积累在托盘内的水能够流出托盘。示例性的绝缘托盘1940的侧部1943和1944可包括与设置在真空断续器1901的外表面上的绝缘环1970相对应的突出部。侧部1943和1944还可分别包括竖向凹陷1945和1946。竖向凹陷1945和1946容纳从致动器机构1963朝向壳体1904的顶部延伸的用于断开和闭合真空断续器1901的连杆机构1964和1965。

示例性的绝缘托盘1940还包括凸缘1949和1950，所述凸缘包括用于将托盘紧固至壳体1904的顶部1905的孔眼。将托盘紧固至壳体1904的顶部1905的一个优点在于：紧固件可与进入壳体的最近的端部导体电连接。优选的是使导电元件——例如紧固件——固定至端部导体的电压端中的一个。

最后，绝缘托盘1940包括竖向伸出部1947和1948，所述伸出部用于在电压传感器1952和1953与绝缘托盘1940之间提供接口。图22中示出了电压传感器1953和竖向伸出部1947的放大图。如图22中所示，竖向伸出部1947容纳连接至端部导体1937的香蕉式支撑件1955。从电压传感器1953读取的信息可被传输至位于底槽1920内的装置。绝缘开关装置模块可在一个端部导体处设置单个电压传感器，或者可在每个端部导体处设置电压传感器。这里所描述的示例性的绝缘开关装置模块所具有的更好绝缘特性使得位于模块内的两个电压传感器之间的干扰最小化，并且从而提高装置的性能。

与这里所描述的其它示例性绝缘托盘一样，绝缘托盘1940可用任何合适的绝缘材料例如热固性材料、热塑性塑料、弹性体、复合材料、陶瓷或玻璃制成。绝缘托盘1940可由复合材料或聚合物掺合物或合金例如纤维复合材料、层压复合材料、颗粒复合材料或前述材料的某些或全部的任何组合制成。绝缘托盘1940可由预先填充的双组份脂环族环氧树脂制成。

相比于现有技术的开关装置，绝缘托盘1940提供了多个优点。例如，绝缘托盘1940的弧形形状由于包围真空断续器1901的三个侧面而提供了改进的绝缘特性，从而更好地使真空断续器与绝缘开关装置模块1900的其它部件绝缘。此外，绝缘托盘1940的形状对应于真空断续器1901和壳体1904的内表面两者的形状，这也提供了改进的绝缘特性。

图19至21中所示的绝缘托盘1940为一个示例性实施例。在替代实施例中，绝缘托盘可具有用于将绝缘托盘安装至绝缘开关装置模块的替代的或另外的特征。例如，绝缘托盘可不具备图19至21中所示的凸缘或竖向伸出部，而是可具有沿着绝缘托盘的一侧的用于紧固至壳体1904的侧面的接片。在另一个替代实施例中，在绝缘托盘1940与底槽1920之间可设置额外的绝缘托盘以进一步提高模块的绝缘特性。

在某些实施例中，绝缘开关装置模块1900可被制造成使得壳体1904模塑在真空断续器1901的周围。在绝缘开关装置模块1900被组装之后，绝缘开关装置模块1900内的空腔可被置于任何压力下或者可用空气或另一种绝缘流体来填充。虽然绝缘开关装置模块1900示出为两个端部导体被嵌入空气端头中，然而应当理解的是，在图19中所示的实施例以及这里所描述的其它实施例中，端部导体中的一个或两个也可在地下电缆处终止。此外，应当理解的是，这里所描述的示例性实施例可应用至室内和室外环境。

值得注意的是，上文所描述的本发明的各方面仅以示例的方式给出，而不旨在作为本发明的必需或必备要素，除非另有明确说明。应当理解的是，本发明并不限于所描述与图示的实施例，而是在本发明的范围之内可以进行各种修改。例如，可将图18的绝缘层1878与图8的改进的壳体300"和图14的隔离层1474相结合。同样地，虽然附图示出了单相的壳体和断续器，然而可想到，通过容许额外的端部导体、空气端头和断续器，绝缘壳体300也可适应多相的——例如三相的系统。同样地，可将多个绝缘壳体300安装在更大的底槽562上。

总之，上文参考图3至18所描述的绝缘系统显示出了对现有技术所已知的绝缘系统的改进，提供了一种可靠、耐用的抗放电装置。该抗放电装置是模块化的，并且允许在制造之后进行断续器和传感器类型的选择，允许替换损坏部件而不用废弃整个系统，并且降低了传感器之间的串扰。

虽然本发明参考示例性实施例进行了描述，然而本领域技术人员应当理解的是，在本发明的范围之内，可进行各种修改。根据上文，可理解本发明的实施例克服了现有技术的局限性。本领域技术人员应当理解，本发明并不限于任何具体讨论的应用，本文所描述的实施例是说明性而非限制性的。根据所述示例性实施例的描述，其中所示出的元件的等同方式对本领域技术人员而言是不言而明的，并且本领域从业者可想到构造本发明的其它实施例的方式。因此，本发明的范围并不限于此。

Claims (37)

1.一种模块化开关装置绝缘系统，包括：

限定出内部区域的外壳，电流断续器设置于所述内部区域中，所述外壳包括：

绝缘壳体；

底槽；

从所述绝缘壳体的外表面伸出的至少两个空气端头，所述至少两个空气端头中的每一个配置成允许导体穿过所述外壳并且与所述电流断续器联接；

第一电流传感器，所述第一电流传感器设置于所述至少两个空气端头中的第一空气端头附近；

致动器，所述致动器与所述电流断续器联接；以及

绝缘托盘，所述绝缘托盘设置在所述内部区域内，使得所述电流断续器设置在所述绝缘托盘的第一侧，并且在所述绝缘托盘的第二侧设置有电压传感器和所述致动器，所述绝缘托盘的第二侧与所述绝缘托盘的第一侧相反，所述电压传感器配置成与所述导体中的第一导体联接。

2.根据权利要求1所述的模块化开关装置绝缘系统，还包括用于容纳所述第一电流传感器的第一空腔。

3.根据权利要求1所述的模块化开关装置绝缘系统，还包括配置成与所述导体中的第二导体联接的第二电压传感器，所述第二电压传感器设置在所述外壳内。

4.根据权利要求2所述的模块化开关装置绝缘系统，还包括靠近所述至少两个空气端头中的第二空气端头设置的第二空腔，所述第二空腔被配置成容纳第二电流传感器。

5.一种制造模块化开关装置绝缘系统的方法，所述方法包括：

在模具中形成绝缘壳体；

将至少两个空气端头附接至所述绝缘壳体；

将端部导体插入至每个所述空气端头中，使得每个所述端部导体的近端被设置在所述绝缘壳体内；

将电流断续器插入至所述绝缘壳体中，并且将电流断续器的每个端部附接至所述端部导体的近端；

将绝缘托盘插入至所述绝缘壳体内，使得所述绝缘托盘靠近所述电流断续器；

将至少一个电压传感器经由所述绝缘托盘中的第一孔眼与一个所述端部导体附接；

将至少一个连杆机构附接至所述电流断续器；

将致动器附接至所述至少一个连杆机构；以及

将底槽附接至所述绝缘壳体，所述底槽与所述绝缘壳体形成外壳。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括将电流传感器插入至靠近所述至少两个空气端头中的一个空气端头的空腔中的步骤。

7.根据权利要求5所述的方法，还包括将第二电压传感器经由所述绝缘托盘中的第一孔眼附接至一个所述端部导体的步骤。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个连杆机构经由所述绝缘托盘中的第二孔眼附接至所述电流断续器。

9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个连杆机构沿着所述绝缘托盘的一侧延伸。

10.一种开关装置绝缘系统，包括：

壳体；和

电流断续器，所述电流断续器被所述壳体包围并包括：

动触头；

静触头；

包围所述动触头和静触头的护罩；

包围所述护罩的圆柱形绝缘体，所述圆柱形绝缘体具有第一端帽和第二端帽；以及

包围所述圆柱形绝缘体的二次绝缘层，所述二次绝缘层包括第一端部和第二端部，并且在所述第一端部与所述第二端部之间存在所述二次绝缘层的厚度为零的间隙。

11.根据权利要求10所述的开关装置绝缘系统，其中，所述二次绝缘层具有波状表面。

12.根据权利要求10所述的开关装置绝缘系统，其中，所述二次绝缘层包括在所述第一端部与所述第二端部之间的第三部分，所述第三部分既不与所述第一端部接触，也不与所述第二端部接触。

13.根据权利要求10所述的开关装置绝缘系统，还包括位于所述第一端部与所述第二端部之间的隔离层。

14.根据权利要求13所述的开关装置绝缘系统，其中，所述隔离层从所述圆柱形绝缘体延伸至所述电流断续器的第一侧上的壳体，并且从所述圆柱形绝缘体延伸至所述电流断续器的第二侧上的绝缘托盘。

15.根据权利要求10所述的开关装置绝缘系统，还包括位于所述第一端部与所述第二端部之间的多个隔离层。

16.根据权利要求10所述的开关装置绝缘系统，还包括绝缘壳体，所述电流断续器设置在所述绝缘壳体中，所述绝缘壳体包括在所述绝缘壳体的内表面上的第一绝缘突出部，所述第一绝缘突出部朝向所述电流断续器延伸。

17.根据权利要求16所述的开关装置绝缘系统，还包括靠近所述电流断续器设置的绝缘托盘，所述绝缘托盘包括朝向所述电流断续器延伸的第二绝缘突出部。

18.一种绝缘开关装置模块，包括：

绝缘壳体；

至少两个端头，每个端头配置成接纳导体；

设置在所述绝缘壳体内的电流断续器，所述电流断续器包括绝缘层，所述绝缘层具有沿其长度的非均一形状；

界定空腔的绝缘托盘，所述电流断续器设置在所述空腔内，所述绝缘托盘具有与所述绝缘层的沿着所述电流断续器长度的非均一形状相对应的非均一形状；

致动器，所述致动器通过至少一个连杆机构与所述电流断续器联接；以及

底槽，所述底槽与所述绝缘壳体联接并且与所述绝缘壳体一起形成外壳。

19.根据权利要求18所述的绝缘开关装置模块，其中，所述绝缘壳体具有与所述绝缘托盘的非均一形状和所述电流断续器的沿着所述绝缘层的长度的非均一形状相对应的非均一形状。

20.根据权利要求18所述的绝缘开关装置模块，还包括与一个所述导体联接并且与所述绝缘托盘联接的至少一个电压传感器。

21.根据权利要求18所述的绝缘开关装置模块，还包括靠近所述至少两个端头中的一个端头设置的至少一个电流传感器。

22.根据权利要求18所述的绝缘开关装置模块，其中，所述电流断续器与电流交换组件联接。

23.根据权利要求22所述的绝缘开关装置模块，其中，所述电流交换组件包括接片。

24.根据权利要求18所述的绝缘开关装置模块，其中，所述绝缘层包括第一端部和第二端部，并且在所述第一端部与所述第二端部之间存在所述绝缘层的厚度为零的间隙。

25.根据权利要求24所述的绝缘开关装置模块，其中，所述绝缘层包括在所述第一端部与所述第二端部之间的第三部分，所述第三部分既不与所述第一端部接触，也不与所述第二端部接触。

26.根据权利要求24所述的绝缘开关装置模块，还包括位于所述第一端部与所述第二端部之间的隔离层。

27.根据权利要求18所述的绝缘开关装置模块，其中，所述绝缘壳体进一步包括在所述绝缘壳体的内表面上的第一绝缘突出部，所述第一绝缘突出部朝向所述电流断续器延伸。

28.根据权利要求18所述的绝缘开关装置模块，所述绝缘托盘包括朝向所述电流断续器延伸的第二绝缘突出部。

29.一种绝缘开关装置模块，包括：

绝缘壳体；

至少两个端头，每个端头配置成接纳导体；

设置在所述绝缘壳体内的绝缘托盘，所述绝缘托盘界定有空腔，

电流断续器，所述电流断续器设置在所述绝缘托盘的空腔内并且包括绝缘层，所述绝缘层具有沿其长度的非均一形状；

致动器，所述致动器经由至少一个连杆机构与所述电流断续器联接；以及

底槽，所述底槽与所述绝缘壳体联接并且与所述绝缘壳体一起形成外壳。

30.根据权利要求29所述的绝缘开关装置模块，其中，所述致动器经由第一连杆机构和第二连杆机构与所述电流断续器联接，所述第一连杆机构沿所述绝缘托盘的一侧延伸，所述第二连杆机构沿所述绝缘托盘的另一侧延伸。

31.根据权利要求29所述的绝缘开关装置模块，还包括设置在所述绝缘托盘与所述底槽之间的中间板，其中，所述致动器穿过所述中间板。

32.根据权利要求29所述的绝缘开关装置模块，其中，所述底槽还包括靠近指示器的窗口。

33.根据权利要求29所述的绝缘开关装置模块，所述绝缘层包括第一端部和第二端部，并且在所述第一端部与所述第二端部之间存在所述绝缘层的厚度为零的间隙。

34.根据权利要求33所述的绝缘开关装置模块，其中，所述绝缘层包括在所述第一端部与所述第二端部之间的第三部分，所述第三部分既不与所述第一端部接触，也不与所述第二端部接触。

35.根据权利要求33所述的绝缘开关装置模块，还包括位于所述第一端部与所述第二端部之间的隔离层。

36.根据权利要求29所述的绝缘开关装置模块，其中，所述绝缘壳体进一步包括在所述绝缘壳体的内表面上的第一绝缘突出部，所述第一绝缘突出部朝向所述电流断续器延伸。

37.根据权利要求29所述的绝缘开关装置模块，所述绝缘托盘包括朝向所述电流断续器延伸的第二绝缘突出部。