CN109844893B - 高压开关装置和带有高压开关装置的开关设备以及高压开关装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及带有真空开关室的高压开关装置和带有高压开关装置的开关设备。此外本发明涉及带有真空开关室的高压开关装置的制造方法。高压开关装置具有壳体(1)，在所述壳体(1)内设置有真空开关室(2)。真空开关室(2)具有固定开关接触元件(4)和可沿轴向方向运动的可动开关接触元件(5)，其中可动开关接触元件(5)从真空开关室(2)延伸出且通过绝缘体(7)与可沿轴向方向运动的促动机构(8)连接。形成电流路径的导体部(12、13、14)连接到固定开关接触元件(4)和可动开关接触元件(5)上。在根据本发明的高压开关装置中，在壳体(1)内设计有以绝缘液体填充的中空空间(22)，其中可动开关接触元件(5)从真空开关室(2)延伸到中空空间(22)内，且促动机构(8)又从填充以绝缘液体的中空空间(22)延伸出。高压开关装置的特征在于，在填充以绝缘液体的中空空间(22)内设置有将促动机构(8)相对于壳体(1)密封的密封设备(10)。由此在相对短的绝缘距离情况下实现了可靠的负载电流和短路电流的中断。因此，高压开关装置可具有紧凑的结构。
Description
技术领域
本发明涉及带有真空开关室的高压开关装置和带有高压开关装置的开关设备。此外本发明涉及带有真空开关室的高压开关装置的制造方法。
背景技术
在包括电流导线的电网中使用开关设备以用来分配电能。开关设备具有开关装置，所述开关装置在电触点之间形成或断开导电连接。在高压或中压电网中使用如下高压开关装置，即所述高压开关装置满足对于高压或中压电网内的高电压的电气要求。高压电网内的电压一般处在52kV以上，且中压电网内的电压通常处在1kV至52kV之间。
具有真空开关室的高压开关装置是已知的，电触点布置在所述真空开关室内。但也已知其中电触点处在包括例如SF6的绝缘气体的气体环境中的开关装置。真空开关室的使用与填充以绝缘气体的室相比所提供的优点是可在相对小的体积内中断负载电流和短路电流，而不存在排放热开关气体的风险。在空气绝缘的开关装置中需要特别长的绝缘距离，因此此类开关装置需要特别大的空间。
带有真空开关室的开关装置例如从DE 31 12 776 A1和DE 40 27 723 A1中已知。已知的真空开关室具有带有触点的固定接触元件和带有触点的可沿真空开关室的轴向方向运动的可动接触元件，所述可动接触元件从真空开关室延伸出。形成电流路径的导体部连接到接触元件上。可动接触元件由相对于开关装置的壳体被密封的促动机构促动。促动机构的驱动可使用电驱动单元进行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是实现一种高压开关装置，所述高压开关装置要求绝缘距离的仅相对短的设计且因此相对于现有技术具有紧凑的结构。本发明要解决的技术问题也是提供开关设备，所述开关设备的特征在于特别紧凑的结构。本发明的另外要解决的技术问题是给出用以简单且廉价地制造带有特别紧凑的结构的高压开关装置的方法。
本发明的这些技术问题的解决方案根据本发明以独立权利要求的特征实现。从属权利要求优选地涉及本发明的实施方式。
根据本发明的高压开关装置具有一体式或分体式壳体，在所述壳体内设置有真空开关室。真空开关室具有固定开关接触元件和可沿轴向方向运动的可动开关接触元件，其中可动开关接触元件从真空开关室延伸出且通过绝缘体与可沿轴向方向运动的促动机构连接。形成电流路径的导体部连接到所述固定开关接触元件和可动开关接触元件上。
促动机构理解为可用以将可动开关接触元件轴向移动以闭合或断开触点的所有装置。促动机构可由一个或多个部分组成。在根据本发明的高压开关装置中，在壳体内设计有填充以绝缘液体的中空空间，其中，可动开关接触元件从真空室延伸到中空空间内，且促动机构又从填充以绝缘液体的中空空间延伸出。高压开关装置的特征在于，在填充以绝缘液体的中空空间内设置将促动机构相对于壳体密封的密封设备。由此可在相对短的绝缘距离情况下实现负载电流和短路电流的可靠的中断。因此，高压开关装置可具有紧凑的结构。
密封设备理解为可用以实现相对于壳体或相对于壳体的部分的液体密封性密封的所有装置。将密封设备布置在中空空间内理解为至少将密封设备的形成了对于密封关键的组件的部分布置在中空空间内。这不排除与密封设备相关联的单独的部分也不可处于中空空间外，例如具有指向外的面。
高压开关装置的优选的实施方式规定，密封设备具有布置在中空空间内的波纹管，所述波纹管包围了延伸出填充以液体的室的促动机构，以将促动机构相对于壳体密封。因为波纹管是密封设备的占据相对大的空间的组成部分，所以此开关装置与其中将用于密封的波纹管布置在填充以绝缘液体或绝缘气体的室外的开关装置相比，具有更紧凑的结构。此类开关装置例如从DE 31 13 776 A1中已知。
波纹管可被置于地电势上。因为波纹管不处于气体填充的空间内而是处于填充以绝缘液体的室内，所以降低了开关装置处于高电势的部分产生电弧的风险。因此，高压开关装置紧凑地构造。
本发明的特别优选的实施方式规定，以相对于壳体被密封的覆盖件，例如以可取下的板封闭中空空间，其中波纹管面对覆盖件的端件被液密地密封。以覆盖件封闭中空空间对于高压开关装置的制造提供了优点。
具有独立的发明意义的本发明的另外的明显的方面在于壳体包括塑料体，所述塑料体至少部分地包围液体填充的中空空间。塑料体可由相互连接的一个或多个塑料元件制成。
有利地，塑料体包括多个塑料元件，所述塑料元件可在注塑方法中简单且廉价地制造且然后相互连接。各个塑料元件可相互内外嵌套插接和/或相互粘合或焊接。
塑料体的使用可不仅改进开关装置的电气特性，而且简化了开关装置的制造。开关装置的处在塑料体或塑料元件内的传导电压的导体部的角部或边沿，例如与可动接触元件电连接的可动导体部，导致强烈不均匀的电场。为改进电气特性，塑料元件可具有倒圆的角部和边沿，且由导电的塑料制成，优选地掺有导电材料，例如以碳。此塑料元件可处于与电压传导的部件相同的电势。因此，电场向外是均匀的，使得实现了电场控制。
壳体优选地包括注塑体，所述注塑体至少部分地包围了真空开关室和塑料体。因为塑料元件处于与电压传导的部件相同的电势，所以由注塑物、例如由浇注树脂制成的壳体的外壳受到更低的载荷。
本发明的特别优选的实施方式包括第一壳状塑料元件和第二壳状塑料元件，其中形成电流路径的导体部包括与可动接触元件电连接的可动导体部。可动导体部布置在中空空间内且至少部分地被第一壳状塑料元件和第二壳状塑料元件包围。在此实施方式中，包围了可动导体部的塑料体的角部和边沿或所述塑料体的塑料元件的角部和边沿被倒圆，且塑料体或塑料元件包括导电塑料，使得所述塑料体或塑料元件可处于与可动导体部相同的电势。
在另一个特别优选的实施方式中，塑料体包括圆柱形塑料元件，所述圆柱形塑料元件至少部分地包围了密封设备。此塑料元件优选地是不导电的，且因此不可传导电势。塑料元件可在传导电势的部件和处于地电势的促动机构之间确保绝缘。优选地，塑料元件具有翼片，使得爬电距离增大。
为简化开关装置的壳体的制造，在注塑方法中将塑料体相对于真空开关室密封，使得浇注树脂不可到达塑料体和真空开关室之间的间隙内。在塑料体上优选地设置切割边沿，其中可由金属或陶瓷材料制成的真空开关室的壳体被材料至少部分地包围，在部件组装时切割边沿可切入到所述材料内。
根据本发明的开关设备具有一个或多个根据本发明的开关装置。
以根据本发明的方法可简单且廉价地制造高压开关装置，其中，可动开关接触元件从真空开关室延伸到填充以绝缘液体的中空空间内。塑料体的塑料元件用于一方面阻止在例如以环氧树脂的注塑期间注塑物可到达被塑料元件包围的体积内。由此确保部件在塑料元件内保持可运动。因为在注塑期间可能出现大约于1巴的压力，所以必须赋予塑料元件机械强度。为防止浇注树脂可能侵入到塑料元件的边界面上，可将此塑料元件相互内外嵌套插接和/或相互粘合或焊接。
为制造根据本发明的高压开关装置提供注塑模具，所述注塑模具对应于开关装置的壳体的轮廓的形状和尺寸。将真空开关室和塑料体或塑料元件引入到注塑模具内。此塑料元件形成注塑模具的一个部分。塑料元件的形状和尺寸因此确定了壳体的形状和尺寸，特别是壳体的如下部分的形状和尺寸，即真空开关室处于所述部分内且在所述部分内设计了待以绝缘液体填充的室。
此外，注塑模具的壁和真空开关室的壁和塑料体的壁之间的中间空间以注塑物浇注，以用于实现包围了真空开关室和塑料体的注塑体，在所述注塑体内保留有被塑料体包围的中空空间。
然后将促动机构和绝缘体以及密封设备和如需要另外的部件插入到开关装置的中空空间内，且以绝缘液体填充中空空间，其中以相对于注塑体或塑料体被密封的覆盖件封闭中空空间。优选地，覆盖件相对于塑料体被密封。
附图说明
下文中通过参考附图详细解释本发明的实施例。
各图为：
图1在部分剖开的透视图中示出了根据本发明的高压开关装置的实施例，和
图2示出了根据本发明的高压开关装置的各个部件的分解图。
具体实施方式
图1示出了对于本发明关键的高压开关装置的部件，而图2在分解透视图中仅示出了开关装置的各个部件。相互对应的部分在图中具有相同的附图标号。
高压开关装置具有包括多个部分或部件的壳体1，所述壳体1在正常安装位置中具有上半壳体1A和下半壳体1B。在上半壳体1A内存在带有圆柱形壳体3的真空开关室2，所述圆柱形壳体3容纳固定的上开关接触元件4和可动的下开关接触元件5。两个开关接触元件4、5具有碟形触点4A、5A，所述触点4A、5A处在真空开关室2的壳体3内。通过触点4A、5A的关闭和打开可闭合或中断电流路径，即通断负载电流和短路电流。
在下半壳体1B内设计有室6，所述室6以绝缘液体填充。可沿真空开关室2的轴向方向移动的开关接触元件5具有柄5B，所述柄5B从真空开关室延伸到以绝缘液体填充的室6内。可动开关接触元件5的柄5B相对于真空开关室2的壳体3以未示出的密封设备以真空密封的方式密封。柄5B的下端通过绝缘体7与促动机构8连接，所述促动机构8从液体填充的室延伸出。通过促动机构8的促动，可动开关接触元件5可被轴向移动，使得触点4A、5A被闭合或断开。
促动机构8具有处在室6内的中空圆柱形的上子件8A，且具有销形的下子件8B，所述下子件8B可在上子件的圆柱形空间内以可纵向移动的方式被引导，且从室6延伸出。在此，下子件8B的上端件支承在上子件8A的圆柱形空间内的压力弹簧9上。当下子件8B被移动时，上子件8A也移动，使得可动开关接触元件5轴向被移动。压力弹簧9用于阻尼在促动机构8的促动时的冲击。促动机构8的驱动以未示出的驱动元件进行，所述驱动元件沿轴向方向移动下子件8B。
促动机构8相对于壳体1以密封设备10液体密封性地被密封。密封设备10具有波纹管11，所述波纹管11包围促动机构8的上子件8A，其中波纹管11的上端液密地与促动机构8的上子件8A连接。波纹管11的下端相对于壳体1液体密封性地被密封。波纹管11和促动机构8被置于地电势。在下侧上，壳体1具有开口23，所述开口23被覆盖件13液密地封闭。
液体填充的室6在安装位置中具有上半室6A和下半室6B。在上半室6A内具有可动导体部12，例如铜带，所述可动导体部12连接到可动开关接触元件5的柄5B上。可动导体部12与形成电流路径的另外的导体部13电连接，但所述导体部13仅部分地示出。固定的开关接触元件4也与另外的仅部分地示出的导体部14连接，所述导体部14也插入到壳体1内或安放到壳体上。
壳体1包括注塑体15，所述注塑体15包围了真空开关室2和液体填充的室6。注塑体1A形成了壳体1的外壳。注塑物可以是环氧树脂。在下半室1B内塑料体16安放在注塑体15内，所述塑料体16由多个塑料元件16A、16B、16C组装成。图2在分解透视图中示出了塑料元件16A、16B、16C。塑料体16在上半室6A内具有壳状的上塑料元件16A和壳状的下塑料元件16B，所述上塑料元件16A和下塑料元件16B包围了可动导体部12，且塑料体16在下半室6B内具有圆柱形的塑料元件16C，所述塑料元件16C包围了波纹管11。塑料元件16A、16B、16C设计为使它们可匹配地组装。所述塑料元件16A、16B、16C密封地相互内外插套和/或相互粘合或焊接。所有塑料元件16A、16B、16C具有倒圆的角部或边沿。
上半体6A内的两个塑料元件16A、16B由导电塑料制成，例如塑料可掺有导电的碳。因为塑料元件16A、16B可处于与室内的可动导体部12或另外的导体部相同的电势，所以电场向外是均匀的。
并非由导电塑料制成的下半室6B内的塑料元件16C不可传导电势。此塑料元件6C仅用于室6内传导电压的部分相对于处于地电势的促动机构8的可靠的绝缘。为增大爬电距离，塑料元件16C在外侧上具有翼片17。
封闭了液体填充的室6的壳体1的覆盖件13相对于圆柱形塑料部分16C以处于覆盖件和塑料部分之间的密封圈18液体密封性地被密封。随后描述根据本发明的用于制造高压开关装置的方法。
为制造开关装置使用在图中未示出的注塑模具，所述注塑模具设计为对应于开关装置的壳体1的形状和尺寸和真空开关室2的形状和尺寸以及开关装置的其余部件的形状和尺寸。将真空开关室2插入到注塑模具的上半体内，其中在注塑模具的壁和真空开关室2之间留有中间空间19。将塑料体16插入到注塑模具的下半体内，其中在注塑模具的壁和塑料体16之间也留有中间空间20。然后，将模具和真空开关室以及塑料体之间的中间空间19、20以例如环氧树脂的注射物浇注。由此实现了带有待以绝缘液体填充的室6的注塑体15。
上半室6A内的上塑料元件16A在上边缘上具有切割边沿21，所述切割边沿21切入到真空开关室2的壳体3的覆层3A内，使得在液态时具有相对高粘性的注塑物在压力下不可侵入到真空开关室2的金属或陶瓷的壳体3和塑料元件16之间的间隙内。
在注塑物硬化之后，可动导体部12、促动机构8、绝缘体7以及密封设备10以及必要时开关装置的另外的部件插入到被塑料部分包围的中空空间内，且以绝缘液体填充中空空间。然后，通过安放密封件13将中空空间液密地封闭。
Claims (11)
1.一种带有壳体(1)的高压开关装置，在所述壳体内设置有真空开关室(2)，所述真空开关室(2)具有固定开关接触元件(4)和可沿所述真空开关室(2)的轴向方向运动的可动开关接触元件(5)，其中所述可动开关接触元件(5)从所述真空开关室(2)延伸出且通过绝缘体(7)与可沿所述真空开关室(2)的轴向方向运动的促动机构(8)连接，且形成电流路径的导体部(12、13、14)连接到所述固定开关接触元件(4)和所述可动开关接触元件(5)上，
其特征在于，
在所述壳体(1)内设计有以绝缘液体填充的中空空间(22)，其中，所述可动开关接触元件(5)从所述真空开关室(2)延伸到所述中空空间(22)内，和
所述促动机构(8)从所述中空空间(22)延伸出，其中，设置有布置在所述中空空间(22)内的密封设备(10)，所述密封设备(10)将所述促动机构(8)相对于所述壳体(1)密封。
2.根据权利要求1所述的高压开关装置，其特征在于，所述密封设备(10)具有布置在所述中空空间(22)内的波纹管(11)，所述波纹管(11)包围了所述促动机构(8)，其中所述波纹管(11)的一个端件相对于所述促动机构(8)被密封且所述波纹管(11)的另一个端件相对于所述壳体(1)被密封。
3.根据权利要求2所述的高压开关装置，其特征在于，以相对于所述壳体(1)密封的覆盖件(13)封闭所述中空空间(22)，其中，所述波纹管(11)的端件相对于所述覆盖件(13)被密封。
4.一种带有壳体(1)的高压开关装置，在所述壳体内设置有真空开关室(2)，所述真空开关室(2)具有固定开关接触元件(4)和可沿轴向方向运动的可动开关接触元件(5)，其中所述可动开关接触元件(5)从所述真空开关室(2)延伸出且通过绝缘体(7)与可沿轴向方向运动的促动机构(8)连接，且形成电流路径的导体部(12、13、14)连接到所述固定开关接触元件(4)和所述可动开关接触元件(5)上，在所述壳体(1)内设计有以绝缘液体填充的中空空间(22)，其中，所述可动开关接触元件(5)从所述真空开关室(2)延伸到所述中空空间(22)内，并且所述促动机构(8)从所述中空空间(22)延伸出，其中，设置有布置在所述中空空间(22)内的密封设备(10)，所述密封设备(10)将所述促动机构(8)相对于所述壳体(1)密封，
其特征在于，
所述壳体(1)包括塑料体(16)，所述塑料体(16)至少部分地包围所述中空空间(22)，
所述塑料体(16)由相互连接的多个塑料元件(16A、16B、16C)组成，和
所述塑料体(16)包括第一壳状塑料元件(16A)和第二壳状塑料元件(16B)，其中，形成电流路径的导体部(12、13、14)包括与所述可动接触元件(5)电连接的所述可动导体部(12)，其中所述可动导体部(12)布置在所述中空空间(22)内，且被所述第一壳状塑料元件(16A)和第二壳状塑料元件(16B)至少部分地包围。
5.根据权利要求4所述的高压开关装置，其特征在于，所述塑料体(16)包括圆柱形塑料元件(16C)，所述塑料元件(16C)至少部分地包围所述密封设备(10)。
6.一种带有壳体(1)的高压开关装置，在所述壳体内设置有真空开关室(2)，所述真空开关室(2)具有固定开关接触元件(4)和可沿轴向方向运动的可动开关接触元件(5)，其中所述可动开关接触元件(5)从所述真空开关室(2)延伸出且通过绝缘体(7)与可沿轴向方向运动的促动机构(8)连接，且形成电流路径的导体部(12、13、14)连接到所述固定开关接触元件(4)和所述可动开关接触元件(5)上，在所述壳体(1)内设计有以绝缘液体填充的中空空间(22)，其中，所述可动开关接触元件(5)从所述真空开关室(2)延伸到所述中空空间(22)内，并且所述促动机构(8)从所述中空空间(22)延伸出，其中，设置有布置在所述中空空间(22)内的密封设备(10)，所述密封设备(10)将所述促动机构(8)相对于所述壳体(1)密封，
其特征在于，
所述壳体(1)包括注塑体(15)，所述注塑体(15)容纳所述真空开关室(2)和塑料体(16)，
所述塑料体(16)相对于所述真空开关室(2)被密封，
在所述塑料体(16)上设置切割边沿(21)，其中，所述真空开关室(2)的壳体(3)被所述切割边沿(21)所切入的材料(3A)至少部分地包围。
7.一种开关设备，所述开关设备带有根据权利要求1至6中任一项所述的高压开关装置。
8.一种用于制造高压开关装置的方法，其中所述高压开关装置具有：
壳体(1)，在所述壳体内设置有真空开关室(2)，所述真空开关室具有固定开关接触元件(4)和可沿轴向方向运动的可动开关接触元件(5)，其中，所述可动开关接触元件(5)从所述真空开关室(2)延伸到填充以绝缘液体的中空空间(22)内，所述中空空间(22)被塑料体(16)包围，和
可沿轴向方向运动的促动机构(8)，所述促动机构与所述可动接触元件(5)通过绝缘体(7)连接，和布置在所述中空空间(22)内的密封设备(10)，所述密封设备(10)将从所述中空空间(22)延伸的促动机构(8)相对于所述壳体(1)密封，
所述方法带有如下方法步骤：
提供注塑模具，
将所述真空开关室(2)和所述塑料体(16)引入到所述注塑模具内，
以注塑物浇注处在所述真空开关室(2)和所述塑料体(16)之间的中间空间(19)以实现包围所述真空开关室和所述塑料体的注塑体(15)，被所述塑料体(16)至少部分地包围的中空空间(22)设计在所述注塑体内，
将所述促动机构(8)和所述绝缘体(7)和所述密封设备(10)插入到所述中空空间内，
以绝缘液体填充所述中空空间(22)，和
以覆盖件(13)封闭所述中空空间(22)，所述覆盖件(13)相对于所述注塑体(15)或所述塑料体(16)被密封。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述塑料体(16)由相互连接的多个塑料元件(16A、16B、16C)组装而成。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述塑料体(16)由两个壳状塑料元件(16A、16B)和一个圆柱形塑料元件(16C)组装而成。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，其特征在于，所述注塑物是环氧树脂。
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