CN106848908A - 一种无仓室静触头非sf6气体绝缘开关设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备，属于中压开关设备领域。针对现有技术中存在的非SF6气体开关设备灭弧效果差、绝缘性不强、安全性弱的问题，本发明提供了一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备，包括气室、机构室、仪表室、电缆室及泄压室、母联器室，气室包括依次连接的母联器、三工位开关、断路器、母线、出线套管及气箱，三工位开关、断路器、母线安装在密闭的气箱内，母联器、出线套管安装在气箱壳体上，气箱内充入非SF6绝缘气体，所述的断路器为固封式真空灭弧断路器。本方案的开关设备免维护，且有效防止恶劣环境条件对绝缘性能的破坏，保证开关设备正常、安全运行。

Description

一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备

技术领域

本发明涉及中压开关设备领域，更具体地说，涉及一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备。

背景技术

现有的中压开关设备主要采用空气绝缘或SF6气体绝缘，空气绝缘开关设备由于其绝缘介质为空气，易受开关设备周围环境的影响(如盐份、潮湿、有害气体、高海拔、粉尘等)，导致绝缘破坏、开关设备发生事故。

为了排除环境对开关设备的影响，出现了一种SF6气体绝缘开关设备(如C-GIS)，将高压带电部件及开关安装在一个金属制成的、密闭的、能承受一定压力的气箱内，再向气箱内充入SF6绝缘气体；但SF6气体受电弧作用会分解为有毒气体且为热效应气体，其热效应是CO₂的22800倍，被京都议定书列为限制排放的气体。

现有设计中也出现了非SF6气体的开关系统，中国专利申请，申请号201510520667.9，公开日2015年11月18日，公开了一种适用于环保气体绝缘型的负荷开关环网柜，包括环网柜本体，环网柜本体分为操作室，负荷开关室，电缆室和泄气室；负荷开关室内设有三工位负荷开关，与三工位负荷开关连接的旋转轴，位于三工位负荷开关正上方的负荷开关连接排，以及位于三工位负荷开关正下方的导电棒；泄气室与负荷开关室之间设有防爆阀；电缆室内设有与导电棒连接的进线电缆支柱，进线电缆支柱通过导电棒与三工位负荷开关连接；操作室内设有用于控制三工位负荷开关旋转的操动机构；操动机构通过旋转轴带动三工位负荷开关旋转时，三工位负荷开关依次接地，断开和与负荷开关连接排连接。它的优点是结构简单，安全，合闸和分闸方便。

中国专利申请，申请号201520677913.7，公开日2016年1月6日，一种环保气体型充气环网柜，断路器固定在壳体右侧内壁的下部，静触头固定在壳体右侧内壁的上部，接地触头固定在壳体左侧内壁的中部，断路器顶部的静端设有支座，断路器的底部动端通过绝缘拉杆实现与壳体外的操动机构连接，三工位开关固定在支座的顶面上，三工位开关上的动触刀可分别与静触头和接地触头接触，断路器通过过渡导体与出线套管连接，静触头通过导体与母线套管连接。此实用新型整体结构新颖、可靠性好、布置灵活、占地面积小，高度模块，生产成本低的特点。

中国专利申请，申请号201520873137.8，公开日2016年3月9日，电力开关设备技术领域，特别是一种环保气体绝缘环网柜。针对现有六氟化硫气体绝缘环网柜中的六氟化硫气体对环境的破坏问题，本实用新型采用了环保气体如干燥空气、氮气等作为绝缘材料开发了环保型气体绝缘环网柜。本实用新型主要采用的技术措施是：断路器采用真空灭弧技术，隔离开关采用双断口结构，采用均压技术优化导电件电场分布。增加了观察窗、湿度显示试纸等，保障运行维护人员的安全。此实用新型的有益效果是：无六氟化硫气体(SF6)，环保、安全；采用了多种复合绝缘技术，提高了环网柜的绝缘能力，弥补了环保气体绝缘能力的不足。

但上述现有的开关系统，绝缘气体不仅仅用于绝缘，而且用于灭弧的功能，但在恶劣环境下，其灭弧效果差，且会影响到绝缘性，对整体绝缘开关柜效果很差。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的非SF6气体开关设备灭弧效果差、绝缘性不强、安全性弱的问题，本发明提供了一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备。它可以实现开关柜独立灭弧，灭弧效果好、绝缘性强、安全性好。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备，包括气室、机构室、仪表室、电缆室及泄压室、母联器室，母联器室设置于气室上方或侧部或者包围式设置，此种设置根据母联器安装要求，自由度高，气室包括依次连接的母联器、三工位开关、断路器、母线、出线套管及气箱，三工位开关、断路器、母线安装在密闭的气箱内，母联器、出线套管安装在气箱壳体上，气箱内充入非SF6绝缘气体，所述的断路器为固封式真空灭弧断路器，母联器在气箱外部的部分连接外部其它开关设备或进线电缆，在气箱内部的部分与三工位开关的静触头连接，静触头为无仓室的静触头，形状为C形结构，进线端与母联器连接。

更进一步的，所述的非SF6绝缘气体为氮气、二氧化碳气体、干燥空气或非温室效应的合成气体。

更进一步的，所述的母联器为固封式母联器，母联器安装在气箱的顶部或侧部或顶部、侧部同时安装。

更进一步的，所述的三工位开关为共轴旋转式刀闸式开关，是一种三相同步刀闸旋转式三位置开关，三工位开关通过密封法兰与气箱外的三工位开关操作机构连接，三工位开关操作机构操动三工位开关分别到连接位、隔离位及接地位；接地触头三相短接后与气箱壳体连接，动触头与断路器进线端连接。三工位开关，静触头安装在母联器上，接地触头安装在一根铜排上、铜排与气箱壳体连接。三工位开关原有的旋转角度为105°，本方案的三工位开关采用旋转角度为90°的三工位开关，由于静触头设置为无仓室的C形结构，需要设置角度设定只需要达到90°即可，避免了由于105°的不规则角度导致的操作机构在进行工作时候开关不到位或者过量，保证了开关在开合操作稳定，开合效率高。

更进一步的，所述的断路器包括一根主轴联接三相断路器上的绝缘拉杆，主轴通过密封法兰与气箱外的断路器操作机构连接，断路器操作机构操动三相断路器同步完成合闸或分闸，通过断路器主轴旋转实现三相断路器的同步合闸与分闸，断路器进线端与三工位开关的动触头连接、出线端与母线连接。

更进一步的，所述的母线为裸铜式，母线一端与断路器的出线端连接、另一端与出线套管连接。

更进一步的，所述的出线套管为固封式；在气箱内部的部分与母线连接，在气箱外部的部分与出线电缆连接。母联器及出线套管上设置有O形圈，防止绝缘气体外泄。

更进一步的，所述的气箱由不锈钢板焊接而成。

更进一步的，所述的气箱上安装有防内部燃弧的泄压装置I。

更进一步的，所述的电缆室设置有泄压装置II。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)、本方案的开关设备不受环境对绝缘的影响、运行安全可靠且免维护，不使用SF6气体，对环境友好，环保性强；

(2)、本方案除使用非SF6绝缘气体(N2、CO2、干燥空气、非温室效应的合成气体等)代替SF6绝缘气体外，与现有的产品还有以下区别：非SF6气体只用于绝缘、而不用于灭弧，本方案的所有的灭弧均由真空灭弧室完成，所在的断路器单元柜、负荷开关单元柜通过相应的真空灭弧室进行灭弧，灭弧性能好，且不影响绝缘效果；

(3)、本方案使用了一体化三工位开关，包括连接位、隔离位、接地位，开关布置在母线侧，保证了开关产生电弧少；电缆接地是由三工位开关与断路器或真空负荷开关共同实现的，保证了接地的安全；三工位开关整合了隔离开关和接地开关两者的功能，并由一把刀来完成，这样就可以实现机械闭锁，防止主回路带电合地刀，安全性更好；

(4)、此处的断路器可以为真空负荷开关，断路器或真空负荷开关使用固封极柱，固封极柱满足真空灭弧室外绝缘的要求，原有SF6气体绝缘的产品只需使用安装式极柱，但是非SF6气体绝缘环网柜若使用安装式极柱，绝缘和灭弧效果不好，安全性大大降低，本方案的固封极柱将真空灭弧室和断路器相关的导电零件同时嵌入到环氧树脂或热塑性材料这类容易固化的固体绝缘材料中形成固封极柱，使整个断路器极柱成为一个整体的部件，其模块化设计，结构简单，可拆卸零件少，可靠性高；具有极高的绝缘杆能力，它将表面绝缘变成体积绝缘，相比空气绝缘，减少了环境的影响，大大提高了绝缘强度；它可使断路器尺寸缩小，有利于开关柜小型化；

(5)、为防止环氧件的热胀冷缩对真空灭弧室的影响，真空灭弧室外壳作包胶处理；保证在不同温度下的真空灭弧室绝缘性能好，灭弧效果不受环氧件影响，灭弧效果可靠；

(6)、操作机构为三工位开关、断路器一体化机构，两机构有联锁，连接更加可靠，避免误操作，操作更加安全。

附图说明

图1为本发明的内部正视图；

图2为本发明的内部右侧示意图；

图3为本发明的A-A截面示意图；

图4为本发明的底部向上F方向示意图。

图中标号说明：

1、气室；11、母联器；12、三工位开关；121、静触头；122、接地触头；123、动触头；13、断路器；14、母线；15、出线套管；16、气箱；161、162、密封法兰；163、泄压装置I；2、机构室；21、三工位开关操作机构；22、断路器操作机构；3、仪表室；4、电缆室；41、泄压装置II；5、泄压室；6、母联器室。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

如图1-4所示，一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备，包括气室1、机构室2、仪表室3、电缆室4、泄压室5及母联器室6，气室1包括依次连接的母联器11、三工位开关12、断路器13、母线14、出线套管15及气箱16，三工位开关12、断路器13、母线14安装在密闭的气箱16内，使得开关设备免维护，且有效防止恶劣环境条件对绝缘性能的破坏，保证开关设备正常、安全运行。母联器11、出线套管15安装在气箱16壳体上，起到外部设备和电缆与气箱内部开关的联接，所述的气箱16由不锈钢板焊接而成。气箱16内充入非SF6绝缘气体，所述的非SF6绝缘气体为氮气、二氧化碳气体、干燥空气或非温室效应的合成气体。机构室2内安装三工位开关操作机构21及断路器操作机构22，仪表室3安装有气压表等。所述泄压室5可向底部电缆沟直接泄压，也可设置专用的泄压通道向户外泄压。固封极柱满足真空灭弧室外绝缘的要求，在现有技术中，原有SF6气体绝缘的产品只需使用安装式极柱，但是非SF6气体使用安装式极柱，绝缘和灭弧效果不好，安全性大大降低，本方案的固封极柱将真空灭弧室和断路器相关的导电零件同时嵌入到环氧树脂或热塑性材料这类容易固化的固体绝缘材料中形成固封极柱，使整个断路器极柱成为一个整体的部件，其模块化设计，结构简单，可拆卸零件少，可靠性高；具有极高的绝缘杆能力，它将表面绝缘变成固体绝缘，相比空气绝缘，减少了环境的影响，大大提高了绝缘强度；它可使断路器尺寸缩小，有利于开关柜小型化；

所述的断路器13为固封式真空灭弧断路器。所述的断路器13包括一根主轴联接三相断路器上的绝缘拉杆，主轴通过密封法兰162与气箱16外的断路器操作机构22连接，断路器操作机构22操动三相断路器同步完成合闸或分闸；断路器13进线端与三工位开关12的动触头123连接、出线端与母线14连接。

所述的母联器11为固封式母联器，母联器11安装在气箱16的顶部或侧部或顶部、侧部同时安装，母联器11在气箱16外部的部分连接外其它部开关设备或进线电缆，在气箱16内部的部分与三工位开关12的静触头121连接。静触头121为无仓室的静触头，形状为C形结构，一端与三工位开关12连接，一端与母联器11连接。

所述的三工位开关12为共轴旋转式刀闸式开关，三工位开关12通过密封法兰161与气箱16外的三工位开关操作机构21连接，三工位开关操作机构21操动三工位开关12分别连接到连接位、隔离位及接地位；接地触头122三相短接后与气箱16壳体连接，动触头123与断路器13进线端连接。一体化的三工位开关12，开关产生电弧少，整合了隔离开关和接地开关两者的功能，并由一把刀来完成，这样就可以实现机械闭锁，防止主回路带电合地刀，安全性更好。

所述的母线14为裸铜式，母线14一端与断路器13的出线端连接、另一端与出线套管15连接。所述的出线套管15为固封式；在气箱16内部的部分与母线14连接，在气箱16外部的部分与出线电缆连接。

本方案的开关设备的主回路由母联器11、三工位开关12、断路器13、母线14及出线套管15构成，接地回路由气箱16、三工位开关12、断路器13、母线14、出线套管15构成。在进行工作时候，通过三工位开关操作机构21操动三工位开关12连接到相应的位置，进行开关的开合操作，使用固封式真空灭弧断路器，使得在绝缘的气箱16中通过真空灭弧室完成灭弧工作，且固封式的结构保证了，绝缘效果的高强度。真空灭弧室利用高真空工作绝缘灭弧介质，靠密封在真空中的一对触头来实现电力电路的通断功能，当其断开一定数值的电流时，动静触头在分离的瞬间，电流收缩到触头刚分离的一点上，出现电极间电阻剧烈增大和温度迅速提高，直至发生电极金属的蒸发，同时形成极高的电场强度，导致极强烈的发射和间隙击穿，产生真空电弧，当工频电流接近零时，同时也是触头开距的增大，真空电弧的等离子体很快向四周扩散，电弧电流过零后，触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体，于是电流被分断。由于触头的特殊构造，燃弧期间触头间隙会产适当的纵向磁场，这个磁场可使电弧均匀分布在触头表面，维持低的电弧电压，从而使真空灭弧室具有较高弧后介质强度恢复速度，小的电弧能量和小的腐蚀速率。这样，就提高了真空灭弧室开断电流的能力和使用寿命。断路器13直接进行灭弧处理，避免了由于非SF6气体在绝缘效果下，灭弧不完善的效果。

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，还包括，所述的气箱16上安装有防内部燃弧的泄压装置I163。泄压装置I163，泄压装置可以为泄压阀等各种可以在电气设备中进行泄压的装置，泄压压力可以根据需要进行调整，保证了气箱16中的压力不会过高，开关设备安全、稳定。

实施例3

实施例3与实施例1或2基本相同，还包括，所述的电缆室4设置有泄压装置II41。泄压装置可以为泄压阀、自动泄压装置等各种可以在电气设备中进行泄压的装置，保证了气箱16中的压力不会过高，开关设备安全、稳定。

实施例4

实施例4与实施例1或2或3基本相同，不同之处在于，本方案的三工位开关采用旋转角度为90°的三工位开关，由于静触头设置为无仓室的C形结构，需要设置角度设定只需要达到90°即可，避免了由于现有的开关105°的不规则角度导致的操作机构在进行工作时候开关不到位或者过量，保证了开关在开合操作稳定，开合效率高。

实施例5

实施例5与实施例1基本相同，不同之处在于，母线14为裸铜棒，母线14一端与断路器13的出线端连接、另一端与出线套管15连接。母线14为裸联接母线；外部直接与绝缘气体接触，不需要使用外部套管进行封闭。正常设计中必须使用固封式或者外部设置的母线，由于本方案采用了非SF6气体中的灭弧设备，真空灭弧室使得其灭弧效果更好，其保证设计距离的条件下，绝缘性能和灭弧性能很好，采用裸联接母线可以保证绝缘和灭弧效果的达标，且可以减少环境污染，节约成本。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备，其特征在于：包括气室(1)、机构室(2)、仪表室(3)、电缆室(4)、泄压室(5)及母联器室(6)，气室(1)包括依次连接的母联器(11)、三工位开关(12)、断路器(13)、母线(14)、出线套管(15)及气箱(16)，三工位开关(12)、断路器(13)、母线(14)安装在密闭的气箱(16)内，母联器(11)、出线套管(15)安装在气箱(16)壳体上，气箱(16)内充入非SF6绝缘气体，所述的断路器(13)为固封式真空灭弧断路器，母联器(11)在母联器室(6)的部分连接外部开关设备或进线电缆，在气箱(16)内部的部分与三工位开关(12)的静触头(121)连接，所述的静触头(121)为无仓室的静触头。

2.根据权利要求1所述的一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备，其特征在于：所述的非SF6绝缘气体为氮气、二氧化碳气体、干燥空气或非温室效应的合成气体。

3.根据权利要求1所述的一种无仓室静触头绝非SF6气体缘开关设备，其特征在于：所述的母联器(11)为固封式母联器，母联器(11)安装在气箱(16)的顶部或侧部，或顶部和侧部同时安装。

4.根据权利要求1或3所述的一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备，其特征在于：所述的三工位开关(12)为共轴旋转式刀闸式开关，三工位开关(12)通过密封法兰(161)与机构室(2)的三工位开关操作机构(21)连接，三工位开关操作机构(21)操动三工位开关分别到连接位、隔离位及接地位；接地触头(122)三相短接后与气箱(16)壳体连接，动触头(123)与断路器(13)进线端连接。

5.根据权利要求1所述的一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备，其特征在于：所述的断路器(13)包括一根主轴联接三相断路器上的绝缘拉杆，主轴通过密封法兰(162)与气箱(16)外的断路器操作机构(22)连接，断路器操作机构(22)操动三相断路器同步完成合闸或分闸；断路器(13)进线端与三工位开关(12)的动触头(123)连接、出线端与母线(14)连接。

6.根据权利要求5所述的一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备，其特征在于：所述的母线(14)为裸铜棒，母线(14)一端与断路器(13)的出线端连接、另一端与出线套管(15)连接。

7.根据权利要求1或6所述的一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备，其特征在于：所述的出线套管(15)为固封式；在气箱(16)内部的部分与母线(14)连接，在气箱(16)外部的部分与出线电缆连接。

8.根据权利要求1所述的一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备，其特征在于：所述的气箱(16)由不锈钢板焊接而成。

9.根据权利要求1或8所述的一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备，其特征在于：所述的气箱(16)上安装有防内部燃弧的泄压装置I(163)。

10.根据权利要求1所述的一种无仓室静触头非SF6气体绝缘开关设备，其特征在于：所述的电缆室(4)设置有泄压装置II(41)。