CN111755279A - 用于配电网的气体绝缘的电气开关设备 - Google Patents

Abstract

一种用于配电网的气体绝缘的电气开关设备，其位在一气体绝缘的封闭壳体内且包含多个组件，所述多个组件能够形成不同的系统，且所述电气开关设备包括：一封闭壳体(1)，装配有至少一电连接装置(2、11)及至少一机械连接装置(12、13)；多个操作装置(3、4)，布置在一主电路的至少一母线(5)与至少一分支母线(6)之间；多个驱动元件(7、8)，配置用以运作所述多个操作装置(3、4)；一操作机构(9)，用以致动所述多个驱动元件(7、8)；及一框架(10)，其中所述多个操作装置(3、4)及所述多个驱动元件(7、8)被组装以形成一单一的单元(14)，所述单一的单元(14)被并入在所述封闭壳体(1)中。

Description

用于配电网的气体绝缘的电气开关设备

技术领域

本发明具有其在电力分配设备中的应用领域，特别是涉及一种整合在一气体绝缘的封装壳体内的一电气开关设备，所述电气开关设备包括多个元件，其中多个操作装置允许进行切断、接通、断开及接地所述电路的多个开关功能，如此整合在前述封闭壳体中的所述开关设备允许配置多个不同的电气系统。

背景技术

现今，用于配电网中的电气开关设备通常被安装在金属的封闭壳体中，所述封闭壳体称为隔室(cell)。这种开关设备包括多个操作装置，所述多个操作装置进行所述设备的切断-接通-断开-接地的多个功能。通过此种方式，假如配电线路发生故障，例如，由于运转、维护或负载分配的优化所导致的切断，则这些操作装置可被运作，以获得所需的电力分配，从而避免供给的中断，或保证人员及电气设备，例如变压器，受到保护。

按照惯例，这些操作装置的每一个具有自己的驱动元件，所述驱动元件可通过一操作机构来被运作，所述操作机构可通过因应于一故障电流的一触发机构来被手动地或自动地启动。多个所述操作机构为那些产生驱动力的机构，所述驱动力用于实行所述设备的切断-接通-断开-接地的多个功能。

一方面，已知有多个由真空断续器组成的操作装置，所述真空断续器由一容器瓶组成，在所述容器瓶中容纳了一对电气接触器，其中一个为固定的，另一个为可移动的，通过所述断续器的致动可移动所述可移动的电气接触器，以进行对应电路的切断-接通的多个功能。

另外，为了实行所述电路的接通-断开-接地的多个功能，使用了例如隔离开关的多个操作装置，所述隔离开关包括两个接触器，所述两个接触器可被连接，以使电流通过或离开由一安全标准或一制造商所决定的一物理间隔，而避免所述电流通过，并且所述隔离开关还包括一第三接触器，所述第三接触器用于接地所述电路。然而，这种隔离开关有时无法进行所述断续器的所述多个功能，意即，假如它们并非为了此目的来设计，或者不具有合适的装置来将其消除，则在所述电路处于负载状态或处于一过流故障的事件中时，切断所述电流。因此，所述电器开关设备同时具有断续器及隔离开关，所述断续器及隔离开关具有个别的驱动元件。

现今，这些操作装置被并入在一金属封闭壳体中，所述金属封闭壳体在一气体中绝缘，例如空气，在这些例子中，所述封闭壳体为气体密封的，其中所使用的气体并非空气，例如，六氟化硫(SF₆)、干燥空气、氮气、二氧化碳等。所述空气绝缘的目的在于减少相位距离，并因此实现对外部或多个环境条件，例如污染或湿气，不敏感的一紧密的封闭壳体。至于所使用的气体类型，应当提及的是，近年来最常使用的气体为六氟化硫气体，这是由于其良好的介电性能，且在许多其他的优点中，因为它对人无毒性。然而，由于此种气体具有很高的温室效应潜力(GWP＝22800)，因此对环境具有很大的影响。为此原因，近年来，已经寻找了多种替代气体，例如，干燥的空气、氮气、氧气或二氧化碳，或氟丙酮(fluorocetone)与多种气体的混合物，例如，二氧化碳、氮气、氧气或这些的混合物，这些气体可替代此种电气开关设备类型中的所述六氟化硫气体。

另一方面，通过将每个操作装置及其相应的驱动元件分开安装，可实行将所述操作装置及其驱动元件安装在所述封闭壳体内，意即，首先将所述隔离开关及其驱动元件安装在所述封闭壳体内，接着再安装所述断续器及其驱动元件，并且在封闭所述封闭壳体之前，在所述封闭壳体内实行了所有相关的机械紧固、电连接及例行测试，例如，多个机械测试、多个电压降测试等。然而，在所述封闭壳体内安装所述多个操作装置及它们各自的驱动元件的此种方式具有必须在一小空间中实行组装工作的缺点。此工作涉及大量的电连接及机械连接，所述多个电连接及机械连接由于空间不足或可接入性差，因此最终可能执行不佳。这同样适用于在所述封闭壳体内进行的多个例行测试。

关于用于实行所述电路的切断-接通-断开-接地的多个功能的所述多个操作装置，其执行的顺序为，在发生一故障或需要中断一额定电流的事件中，所述断续器切断所述电流，接着所述隔离开关断开所述电路，从而使所述电路保持在一断开状态。一旦所述断开被接通，则所述隔离开关继续将所述电路连接至地面。另一方面，在连接的操作中，关于所述多个操作装置的操作顺序，普遍的原理在于，首先，所述隔离开关将所述电路关闭(所述隔离开关在没有加载的情况下关闭所述电路)，并接着关闭所述断续器，后者承受了由短路所引起的所有热应力及电动应力，所述短路是由所述多个接触器的关闭以及由所述电流的强度及创建出的磁场所产生的多种应力所引起。这些热应力及电动应力对于所述断续器的所述多个接触器来说非常危险，并且假如无法快速将所述热应力及电动应力消除，可能对这些接触器造成无法修复的毁损。作为一例子，此为欧洲专利文献EP2244275B1，其描述了一种开关设备，其中在连接期间，通过所述多个操作装置进行的多个开关操作的顺序未符合上述的原理，而是在所述连接的操作期间的所述隔离开关的关闭之前，致动所述断续器的关闭。因此，由于在所述连接的操作期间，所述隔离开关是在所述断续器后关闭，故后者不会由于所述关闭的预放电(pre-arcing)而遭受到任何磨损，从而使所述断续器保持在一最佳状态，以便在一故障事件中能够切断所述电流，并防止发生不良现象，例如，所述断续器的所述多个接触器的损坏或焊接的可能性。

所述操作机构也可被配置以使所述多个驱动元件一个接着一个地自动启动所述断续器及所述隔离开关。这样减少了所述切断-断开及接通的开关功能所需的所述多个操作，并增加了安全性。再者，在所述切断-断开的开关功能期间，事实上仅需进行一项操作即可实行这些功能，意即，在开启所述断续器后，自动地开启所述隔离开关，以避免非保持的破坏性放电现象，称为“NSDD”，其为在工业频率的恢复电压期间在一真空的电路切断器的多个触点之间产生的放电，进而导致与寄生电容相关的一高频电流通过所述电路切断器附近。

另一方面，从一操作员的观点，由于不再需要进行两次操纵而仅需执行一次操纵，因此简化了多个操纵任务。

发明内容

本发明涉及一种电气开关设备，所述电气开关设备应用于多种配电设施中，例如电气转换中心、配电中心及变电所等，以便保护及运作电路，并且所述电气开关设备旨在解决上文提及的多个问题的每一个。

这种电气开关设备包含一封闭壳体，所述封闭壳体为在一气体中绝缘的一气体密封的封闭壳体，所述气体为例如空气、干燥的空气、氮气、氧气、二氧化碳，或例如氟丙酮(fluorocetone)与诸如二氧化碳、氮气、氧气、空气或其混合物的多种载体气体的气体混合物，或例如不可燃的氢氟烯烃(hydrofluoroolefin)与诸如氮气、氧气、干燥的空气、氦气、二氧化碳或其混合物的多种载体气体的气体混合物等。

所述封闭壳体包括可从内部及从外部接入的至少一电连接装置及至少一机械连接装置，由于本发明的所述电气开关设备被安装在所述封闭壳体内，因此对于容纳在所述封闭壳体中的相同的气体为绝缘的，所述电气开关设备包括：

多个操作装置，布置在一主电路的至少一母线与至少一分支母线之间，所述多个操作装置包含串联连接的至少一断续器及一隔离开关；

至少一驱动元件，配置用以运作所述多个操作装置，如此它们可进行切断、接通、断开及接地功能；及

一操作机构，用以产生所述至少一驱动元件的致动，所述至少一驱动元件可布置在所述封闭壳体的外部。

根据本发明，所述电气开关设备还包括一框架，在所述框架上安装有所述多个操作装置及所述多个驱动元件，以形成一单一的单元，如此所述单一的单元被并入在所述封闭壳体中，其中所述多个操作装置及所述多个驱动元件被安装成与所述多个电连接装置及所述多个机械连接装置相对应。这意味着所述多个操作装置及所述多个驱动元件并非在所述封闭壳体内单独组装，而是由所述多个操作装置及所述多个驱动元件所形成的组件一旦被安装在所述框架上就作为一单一的部件来被安装在所述封闭壳体内。其仅需要将所述组件与所述封闭壳体的所述多个电气连接装置及所述多个机械连接装置进行连接或耦合。这减少了在所述封闭壳体内进行的电连接及机械连接两者的数量，从而降低了由于空间不足或对于多个连接点的较差的可接入性所导致的连接不良的风险。再者，由安装在所述框架上的所述多个操作装置及所述多个驱动元件所形成的所述组件受到所述封闭壳体外的多个例行测试，这有助于进行这些测试。另一方面，这也允许在现场及服务中迅速地替换所述操作机构，如此将对多个最终用户的供电品质的影响降到最低。

因此，所述框架包括多个第一支撑装置，所述多个第一支撑装置用于支撑所述主电路的所述多个母线，通过至少一间隔件将这些第一支撑装置彼此分开。所述框架包括多个第二支撑装置，所述多个第二支撑装置用于支撑所述断续器及所述断续器的所述驱动元件，其中所述断续器被安装在所述主电路的所述母线与所述驱动元件之间。另外，在所述主电路的所述多个母线与所述多个第一支撑装置之间，提供至少一扩散介质，以便在所述断续器与所述主电路的所述母线连接时，控制电场并将所产生的热能消散掉。所述框架还包括多个第三支撑装置，所述多个第三支撑装置用于支撑所述隔离开关及所述隔离开关的所述驱动元件，其中所述隔离开关被安装在所述分支母线与所述断续器的所述驱动元件之间。最后，所述框架包括至少两个板件，所述至少两个板件被至少一间隔件分开，且所述至少两个板件限定了安装在所述气体绝缘的封闭壳体内的所述组件。

取决于多个操作实践及安装所述配电网多个需求，已考虑到所述隔离开关是否可具有故障接通能力的可能性。所述隔离开关可为一种三位点的转动开关(连接、断开及接地)，并且包括一固定接触器、一移动接触器及一接地接触器。所述移动接触器稳固地与所述隔离开关的所述驱动元件连接，且所述驱动元件被配置用以协作实行所述连接-断开-接地功能。所述隔离开关的所述移动接触器与所述分支母线连接，例如，通过一转动接触器。另一方面，所述断续器为一种两位点的真空断续器(切断及接通)，并且包括一固定接触器及一移动接触器，所述固定接触器与所述主电路的所述母线连接，所述移动接触器可在一移动的方向上移动，且所述移动接触器通过一导电装置来与所述隔离开关的所述固定接触器连接。所述断续器可为一负载-切断的断续器或一电路切断器。由于用于切断所述电流的技术为真空(在一真空室中切断所述电流)，因此不会产生多个产物的分解，从而使所述断续器外的绝缘维持不变。

鉴于所述隔离开关的所述故障接通能力，在所述关闭操作的期间，所述隔离开关在所述断续器后关闭，且后者不会由于所述关闭的预放电(pre-arcing)而遭受到任何磨损，从而使所述断续器保持在一最佳状态，以便在一故障事件中能够切断所述电流，并防止发生不良现象，例如，所述断续器的所述多个接触器的损坏或焊接的可能性。在此方面，所述操作机构被配置以使在一切断操作中，所述驱动元件在所述隔离开关的开启之前运转了所述断续器的开启；而在一连接操作中，所述驱动元件在所述隔离开关的关闭之前运转了所述断续器的关闭。

所述操作机构可被配置以使所述多个驱动元件一个接一个地自动致动所述断续器及所述隔离开关。这样减少了所述切断运作及所述断开运作所需的所述多个操作，并增加了安全性。

再者，在所述切断-接通的操作中，事实上仅需进行一项操作即可实行这些功能，意即，在一故障的事件中，在所述电路切断器的自动开启之后，可避免先前所描述的非保持的破坏性放电现象(NSDD)的现象。另外，这允许将所述开关装置的多个介电要求最小化，并对它们进行优化，这是因为在不同于六氟化硫(SF₆)的其他绝缘装置中，体积及距离的优化至关重要。

最后，本发明的所述电气开关设备包括一电缆隔室，所述气体绝缘的封闭壳体的所述多个电连接装置可接入至所述电缆隔室中，以便与所述电网的多个主电缆进行连接。还考虑到将所述操作机构安装在除了所述气体绝缘的封闭壳体以外的一封闭壳体内的可能性，并且可将所述操作机构的所述封闭壳体安装在所述电缆隔室上。

附图说明

图1显示出本发明目的的一气体绝缘的电气开关设备的一框架的一立体图；

图2显示出安装在所述框架上而因此形成一组件的多个操作装置及其对应的驱动元件的一正视图，其中为了更好的可视化，而未描绘出一框架板；

图3显示出结合图2中的所述组件的一封闭壳体的一顶视图，其中为了更好地可视化所述封闭壳体内的所述组件，而未描绘出所述封闭壳体的一壁，并且为了更好地理解本发明，还移置了一操作机构；

图4显示出结合图2中的所述组件的所述封闭壳体的一侧面图，其中为了更好地可视化所述封闭壳体内的所述组件，而未描绘出所述封闭壳体的所述壁；及

图5显示出所述电气开关设备完全组装后的一立体图。

具体实施方式

在提及上述多个附图，而不限制或减小本发明的保护范围的情况下，在下面描述一优选实施例的一示例。

作为本发明主题的一电气开关设备具有在多种配电设施中的应用，例如电气转换中心、配电中心及变电所等，以便保护及运作多个电路。如图3至图5所示，所述开关设备被整合在一封闭壳体(1)内，此封闭壳体(1)可为气体密封的，并因此在一介电气体中为绝缘的，所述介电气体为例如空气、干燥的空气、氮气、氧气、二氧化碳，或例如氟丙酮(fluorocetone)与诸如二氧化碳、氮气、氧气、空气或其混合物的多种载体气体的气体混合物，或例如不可燃的氢氟烯烃(hydrofluoroolefin)与诸如氮气、氧气、干燥的空气、氦气、二氧化碳或其混合物的多种载体气体的气体混合物等。

如图2及图3所示，所述电气开关设备包括多个操作装置(3、4)，所述多个操作装置(3、4)布置在一主电路的至少一母线(5)与至少一分支母线(6)之间，其中这些操作装置包括串联连接的至少一断续器(3)及一隔离开关(4)。所述断续器(3)可为一负载切断的断续器或一电路切断器，且可由具有两个操作位置(切断及接通)的一真空断续器所组成，所述真空断续器包括一固定接触器(22)及一移动接触器(23)，所述固定接触器(22)与所述主电路的所述母线(5)连接，所述移动接触器(23)可在一移动的方向(24)上移动，如图2所示。所述断续器(3)的前述的移动接触器(22)通过一导电装置(30)来与所述隔离开关(4)的一固定接触器(25)连接。所述隔离开关(4)可具有或不具有故障接通能力，且可为一种三位点的转动隔离开关(连接、断开及接地)，所述三位点的转动隔离开关包括所述固定接触器(25)、一移动接触器(26)及一接地接触器(27)。所述隔离开关(4)的所述移动接触器(26)与所述分支母线(6)连接，例如，通过一转动接触器。

再者，如图2及图3所示，所述开关设备包括：至少一驱动元件(7、8)，配置用以致动所述多个操作装置(3、4)，如此所述多个操作装置(3、4)可进行切断、接通、断开及接地功能；及一操作机构(8)，用以产生这些驱动元件(7、8)的致动。所述操作机构(9)被配置以使在一切断及断开的操作中，所述驱动元件(7)在所述隔离开关(4)的开启之前运转了所述断续器(3)的开启；而在一接通的操作中，所述驱动元件(7)在所述隔离开关(4)的关闭之前运转了所述断续器(3)的关闭。所述操作机构(9)也被配置以使所述多个驱动元件(7、8)一个接一个地自动地运转所述断续器(3)及所述隔离开关(4)。

另一方面，如所述多个附图所示，特别是在图1中，所述电气开关设备还包括一框架(10)，所述多个操作装置(3、4)及所述多个驱动元件(7、8)被安装在所述框架(10)上，以形成一单一的单元(14)，如此所述单一的单元(14)被并入在所述封闭壳体(1)中，并留下了安装成与所述封闭壳体(1)的所述多个电连接装置(2、11)及所述多个机械连接装置(12、13)相对应的所述多个操作装置(3、4)及所述多个驱动元件(7、8)。仅有与所述多个电连接装置(2、11)及所述多个机械连接装置(12、13)连接或耦接的所述单一的单元(14)为必需的。

所述多个电连接装置(2、11)及所述多个机械连接装置(12、13)也可从所述封闭壳体(1)的外部接入，如图3至图5所示，如此其他部件可容易连接至所述封闭壳体(1)，例如，通过所述机械连接装置(12、13)的所述操作机构，或通过所述电连接装置(2、11)的其他电气开关设备。

因此，图1、图2及图3显示出所述框架(10)包括多个第一支撑装置(15)，所述多个第一支撑装置(15)用于支撑所述主电路的所述多个母线(5)，通过至少一间隔件(16)将这些第一支撑装置(15)彼此分开。所述框架(10)包括多个第二支撑装置(17)，所述多个第二支撑装置(17)用于支撑所述断续器(3)及所述断续器(3)的所述驱动元件(7)，其中所述断续器(3)被安装在所述主电路的所述母线(5)与所述驱动元件(7)之间。同样地，在所述主电路的所述多个母线(5)与所述多个第一支撑装置(15)之间，提供有至少一扩散介质(31)，以便在所述断续器(3)与所述主电路的所述母线(5)连接时，控制电场并将所产生的热能消散掉。所述框架(10)还包括多个第三支撑装置(18)，所述多个第三支撑装置(18)用于支撑所述隔离开关(4)及所述隔离开关(4)的所述驱动元件(8)，其中所述隔离开关(4)被安装在所述分支母线(6)与所述断续器(3)的所述驱动元件(7)之间。最后，所述框架(10)包括至少两个板件(20、21)，所述至少两个板件(20、21)被至少一间隔件(19)分开，且所述至少两个板件(20、21)限定了安装在所述气体绝缘的封闭壳体(1)内的所述单一的单元(14)。

如图5所示，所述电气开关设备包括一电缆隔室(28)，所述电连接装置(11)可接入至所述电缆隔室(28)中，以及多个主电缆可与所述电缆隔室(28)连接，并且并入在一额外的封闭外壳(29)内的所述操作机构(9)可被放置在此电缆隔室(28)上。

Claims (15)

1.一种用于多个配电网的气体绝缘的电气开关设备，其包含︰

一封闭壳体(1)，装配有至少一电连接装置(2、11)及至少一机械连接装置(12、13)；

多个操作装置(3、4)，布置在一主电路的至少一母线(5)与至少一分支母线(6)之间，所述多个操作装置包含串联连接的至少一断续器(3)及一隔离开关(4)；

至少一驱动元件(7、8)，配置用以致动所述多个操作装置(3、4)，以进行切断、接通、断开及接地功能；及

一操作机构(9)，用以产生所述至少一驱动元件(7、8)的致动；

所述电气开关设备的特征在于：

所述电气开关设备包含一框架(10)，所述多个操作装置(3、4)及所述多个驱动元件(7、8)被安装在在所述框架(10)上，以形成一单一的单元(14)，如此所述单一的单元(14)被并入在所述封闭壳体(1)中，其中所述多个操作装置(3、4)及所述多个驱动元件(7、8)被安装成与所述多个电连接装置(2、11)及所述多个机械连接装置(12、13)相对应。

2.如权利要求1所述的电气开关设备，其特征在于：所述框架(10)包含多个第一支撑装置(15)，所述多个第一支撑装置(15)用于支撑所述主电路的所述多个母线(5)，通过至少一间隔件(16)将这些第一支撑装置(15)彼此分开。

3.如权利要求2所述的电气开关设备，其特征在于：所述电气开关设备包含至少一扩散介质(31)，所述扩散介质(31)在所述主电路的所述多个母线(5)与所述多个第一支撑装置(15)之间。

4.如权利要求2所述的电气开关设备，其特征在于：所述框架(10)包含多个第二支撑装置(17)，所述多个第二支撑装置(17)用于支撑所述断续器(3)及所述断续器(3)的所述驱动元件(7)，其中所述断续器(3)被安装在所述主电路的所述母线(5)与所述驱动元件(7)之间。

5.如权利要求4所述的电气开关设备，其特征在于：所述框架(10)包含多个第三支撑装置(18)，所述多个第三支撑装置(18)用于支撑所述隔离开关(4)及所述隔离开关(4)的所述驱动元件(8)，其中所述隔离开关(4)被安装在所述分支母线(6)与所述断续器(3)的所述驱动元件(7)之间。

6.如权利要求2至5的任一项所述的电气开关设备，其特征在于：所述框架(10)包含至少一间隔件(19)，所述至少一间隔件(19)位在至少两个板件(20、21)之间，所述至少两个板件(20、21)限定了所述单一的单元(14)。

7.如前述权利要求任一项所述的电气开关设备，其特征在于：所述断续器(3)为具有两个操作位置(切断及接通)的一真空断续器，以及所述隔离开关(4)为一铰链型的转动隔离开关，所述铰链型的转动隔离开关具有三个操作位置(连接、断开及接地)，并具有故障接通能力。

8.如前述权利要求任一项所述的电气开关设备，其特征在于：结合所述单一的单元(14)的所述封闭壳体(1)为气体密封的，并且在干燥的空气中为绝缘的。

9.如前述权利要求任一项所述的电气开关设备，其特征在于：所述电连接装置(2、11)与所述机械连接装置(12、13)可从所述封闭壳体(1)的外部接入。

10.如权利要求1所述的电气开关设备，其特征在于：所述操作机构(9)被配置以使在一切断及断开的操作中，所述断续器(3)的所述驱动元件(7)在所述隔离开关(4)的开起之前致动了所述断续器(3)的开启；而在一接通的操作中，所述断续器(3)的所述驱动元件(7)在所述隔离开关(4)的关闭之前致动了所述断续器(3)的关闭。

11.如权利要求10所述的电气开关设备，其特征在于：所述操作机构(9)被配置以使所述多个驱动元件(7、8)一个接一个地自动致动所述断续器(3)及所述隔离开关(4)。

12.如前述权利要求任一项所述的电气开关设备，其特征在于：所述断续器(3)容纳了一固定接触器(22)及一移动接触器(23)，所述固定接触器(22)与所述主电路的所述母线(5)连接，所述移动接触器(23)可在一移动的方向(24)上移动，且所述移动接触器(23)通过一导电装置(30)来与所述隔离开关(4)的一固定接触器(25)连接。

13.如权利要求12所述的电气开关设备，其特征在于：所述隔离开关(4)包含一固定接触器(25)、一移动接触器(26)及一接地接触器(27)，其中所述移动接触器(26)稳固地与所述隔离开关(4)的所述驱动元件(8)连接，所述驱动元件(8)被配置用以协作实行所述连接-断开-接地功能，并且由于所述移动接触器(26)通过一转动接触器来与所述分支母线(6)连接。

14.如权利要求1所述的电气开关设备，其特征在于：所述电气开关设备包含一电缆隔室(28)，所述电连接装置(11)可接入的位于所述电缆隔室(28)中。

15.如权利要求14所述的电气开关设备，其特征在于：所述操作机构(9)位在所述电缆隔室(28)上的一额外的封闭壳体(29)内。

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